标签: 数字化仪

​ 1、简介 线路功率测量通常是评估设备或电路性能所必需的。 模块化数字化仪可以进行这些功率测量。数字化仪是电压响应式测量仪器。它们还可以使用合适的电流探头或分流器来测量电流。接下来获取电流和电压，进而根据获取的电流和电压波形的乘积来计算功率。功率是电路中能量转移的速率，它由许多属性来描述，例如有功功率、视在功率、无功功率和瞬时功率。本应用笔记将介绍如何使用模块化数字化仪在交流电路和设备中进行基本的功率测量。 2、基本功率测量 瞬时功率是施加电压与电流的乘积。有功功率（P）是瞬时功率的平均值，单位为W。包含电抗元件（电感器或电容器）的电路可以存储能量并使功率反向流动，从而使功率从负载回流到电源。这就是无功功率（R），单位为乏（VAR）。有功功率和无功功率的矢量和称为总功率或视在功率，如图1所示。 视在功率（S）可以通过有效电压或均方根电压与有效电流或均方根电流的乘积来计算。视在功率的单位是伏安（VA）。有功功率和视在功率向量之间的夹角（a）表示电流和电压波形之间的相位差。该夹角的余弦值，即有功功率与视在功率之比，称为功率因数（pf）。 pf=cos(a)=P/S（有功功率/视在功率或总功率） 如果设备是纯电阻性的，电流和电压波形同相，视在功率和有功功率相等，功率因数等于1。随着无功分量的增加，功率因数降低。 3、测量线电压 电压测量需要使用探头。对于传统示波器，高阻抗探头可与数字化仪配合使用。能够根据探头对垂直电压数据进行缩放的功能非常有用。由于大多数功率测量需要测量线路（市电）电压，因此最好采用差分测量方式，以避免单端探头存在的接地问题。数字化仪应能够接受两个探头的输入并计算其差值。或者，也可以分别采集火线和零线的电压，并通过波形计算进行相减。如果有差分探头，也可以使用。 4、测量线电流 进行电流测量最便捷的方法是使用合适的电流探头。要确保所使用的任何电流探头都有独立于测量仪器的控制装置。电流探头的输出可通过适当的比例缩放后连接到数字转换器通道，以便以电流单位显示探头传来的信号。 5、数字化仪选择 大多数线频率测量是在50至400Hz的基频下进行的，因此数字化仪的带宽要求不是很高。如果有兴趣进行传导发射测试，那么在不造成明显损耗的情况下，能够处理高达电源基频40次谐波的能力将很有用。这将使带宽要求达到约20KHz更高。 数字化仪应具有足够的幅值分辨率，以呈现电力线的高次谐波，12至16位即可。 通道数量取决于采用的是单端测量还是差分测量。差分测量每次测量会用到两个通道。对于单相线路测量，四个输入通道可产生两个差分通道。对于三相测量，每相需要六个或更多通道。假设需要三个差分电压通道和三个单端电流通道，那么总共需要九个通道。由于大多数数字化仪提供的通道数按照二进制序列（1/2/4/8/16），范围从1到16，因此您应选择下一个更大的通道数来完成测量任务。 采样率与带宽类似，应大于所需带宽的四到五倍。 下表为选择德思特Spectrum数字化仪或digitizerNETBOX型号提供了一些指导。 6、单相功率测量示例 以下示例测量了一个小型市电供电（美国电网频率是60Hz）的冷却风扇所需的功率。测量使用了digitizerNETBOX TS-DN2.496.04型号，该设备具有4个模拟通道、16位分辨率、60MS/s采样率和30MHz带宽。使用泰克P6042型号电流探头和一对无源示波器探头采集电流和电压波形。测量了线路电流和线路电压。线路电压采用差分测量，因此电源线的火线和零线均不接地。 上图展示了使用Spectrum公司的SBench 6软件进行测量得到的结果，该软件用于控制和处理采集到的数据。 输入电压通过连接到通道Ch2和Ch3的两个无源探头进行差分测量。这两个通道合并后显示在顶部中心网格中的Ch2通道上。读数经过缩放以反映探头的衰减。反映电流探头输出的电流显示在下部中心网格中的Ch0通道上。该数据也根据电流探头的灵敏度进行缩放，以便以安培为垂直单位读数。电流和电压的峰峰值和有效值（rms）显示在图左侧的信息面板中。 瞬时功率是通过SBench 6的模拟计算，将电流和电压波形相乘得出的。 功率显示在最左边的网格中。功率的峰峰值和平均值也列在信息窗格中。 瞬时功率的平均值代表有功功率 ，记录为6.6W。 视在功率通过线电流和电压的有效值相乘来计算。根据测量值（121.5V和63.2mA），视在功率为7.68VA。 这使我们能够计算出功率因数为0.86。 观察最右侧两个网格中电流和电压波形的水平扩展视图，我们可以看到电压波形（右上）超前于电流波形，这表明具有感性特性。标记正斜率过零点的光标记录显示，电压波形比电流波形提前1.44ms。 这代表31度的相位超前（1/60Hz≈16.67ms；1.44/16.67*360°≈31度） 。这也可以通过反余弦（功率因数）计算得出，即30.68度。基于功率因数的计算更准确，因为它不受光标放置不确定性的影响。 7、线路谐波 ​ 获得电流和电压波形后，我们可以将分析扩展到频域。上图显示了线电流（左下）和线电压（左上）波形的平均频谱；线电压频谱中存在更多的高次谐波。其中奇次谐波最为突出。电流频谱的总谐波含量较低，但同样以奇次谐波为主。 8、三相功率 三相电力是一种用于发电、输电和配电的多相交流配电系统。它用于为大型电动机和其他重型电气负载供电。在相似的电压水平下，三相系统通常比等效的单相或两相系统更经济，因为它使用更少的导体材料来传输电力。单相交流电源需要两根导线，而三相电源只需多使用一根导线就能传输三倍的电力。这意味着，传输成本增加50%，传输功率就能增加200%。 三相连接术语 三相连接，如下图所示的三相电机，采用星形（上图）或三角形（下图）配置连接，在星形连接中，电压Van、Vbn和Vcn称为相电压。标记为Vab、Vbc和Vac的电压是线电压。电流Ia、Ib和Ic是相电流。 在星形连接中，负载消耗的总功率是各相电流 - 电压乘积之和。 请注意，粗体文本表示矢量运算： Pt = Ia*Van + Ib* Vbn + Ic*Vcn 通常，功率是用线电压而不是相电压来计算的。 下图展示了相电压、相电流和线电压的相量图。电压计算采用矢量运算。 在一个平衡系统中，线电压的大小等于相电压的√3倍。请注意，相电压超前线电压30度。这是通过矢量减法由相电压计算线电压的结果。 高压差分探头用于测量线电压和相电压，它们对信号进行100:1的衰减。在数字化仪输入端得到的相电压为1.69V峰值（3.38Vpp）。由于使用了÷100的探头，这些电压被放大了100倍。这将导致相电压报告为169V峰值（338Vpp）。这相当于120V有效值。线电压是相电压的√3倍，即208V有效值。这是美国的标称三相电压。 我们可以通过在数字化仪上采集相电压，然后计算线电压来验证上述内容。如下图所示： 通道Va、Vb和Vc是测量得到的相电压。Vab、Vbc和Vca是计算得出的线电压（标称值为586Vpp）。通过最左侧网格中放大轨迹的光标测量证实，相电压与其相邻线电压之间的相位差为30度。线电压Vab在16.67ms的周期内比相电压Va滞后1.38ms。线电压之间的相位差为120度。 三相功率测量 下图中我们展示了Y形连接负载的相电压（Va、Vb和Vc）、相电流（Ia、Ib和Ic）以及相功耗（Pa、Pb和Pc）（在此我们可以获取相电压和线电压）。将相电压与其相关的相电流相乘，结果就是每一相的瞬时功率。 瞬时功率的平均值即为有功功率分量。三相功率读数之和就是负载的总有功功率。 这种测量方法称为三瓦特表功率测量法。为了使用外部差分探头测量电压来进行这种测量，将需要六个通道。如果使用单端探头，那么通道数量将增加到九个。在数字化仪配置中能够指定多达16个通道的灵活性是这种测量类型的一个主要优势。 相电压上图顶行所示。相电流显示在中间一行。相功率显示在底行。三相功率波形的总和显示在最左边标记为“总功率”的网格中。请注意，总功率相对恒定。左侧信息窗格中显示的参数读取各个相功率波形的平均值以及总功率。三相功率测量平均值的总和等于平均总功率。总功率的测量结果为850.9W。 9、两瓦特计法 另一种方法是两瓦特计法，该方法仅需测量两个线电压和两个相电流。其数学形式为： PT (t) = Vac(t) ia(t) + Vbc(t) ib(t) 这可以按如下方式推导得出： PT = Va(t) ia(t) + Vb(t) ib(t) + Vc(t) ic(t) 根据基尔霍夫电流定律：ia+ib+ic=0得出+ic=-ia-ib PT(t)=Va(t)ia(t)-Vc(t)ia(t)-Vc(t)ib(t)+Vb(t)ib(t) PT (t) = Vac(t)ia(t)+Vbc(t)ib(t) 其中：Va-Vc=Vac且Vb-Vc=Vbc 这是一个应用两瓦特计法的示例，该方法可通过一个四通道的数字化仪以及两个差分电压探头和两个电流探头来实现。 与基于各相电压和电流计算总功率的示例一样，该方法使用两个线电压（Vac和Vbc）和两个相电流（Ia和Ib）。线电压显示在第一行，相电流显示在中间一行，各相功率波形显示在底部一行。与之前一样，总功率显示在最左侧标有“总功率”的网格中。每个功率波形的平均值显示在最左侧的“信息”网格中。同样，标称功率为851W。 10、结论 交流功率测量的基本概念已涵盖在内，包括瞬时功率、有功功率、视在功率和无功功率的定义。具有合适数量通道的数字化仪，可借助合适的电压和电流探头，用于测量单相和多相电力系统。数字化仪的多功能性、通信便捷性以及快速的信息传输能力，使其成为交流功率测量的理想选择。频谱数字化仪体积小巧紧凑，有多种不同的外形规格可供选择，因此可用于各种各样的测试装置。例如，digitizerNETBOX产品的设计使其能够通过以太网进行控制，从而可以实现远程操作，或者实际上在局域网（LAN）的任何地方都能操作。对于需要将模块化仪器组合作为完整测试系统一部分的应用场景，有PXI卡可供使用。而PCIe卡则可直接安装到大多数现代个人电脑中，将其转变为功能强大的独立测试站。 ​

在工业自动化、科研测量和高端测试领域，数据采集系统的性能直接影响着测量结果的可靠性和系统的整体效能。随着应用场景的日益复杂，从简单的单通道测量到复杂的多通道同步采集，数据采集技术也在不断演进。其中，同步采样和多路复用采样作为两种主流。 一、同步采样 德思特Spectrum的所有采集和生成卡都采用完全同步设计，每个通道都有自己的独立输入/输出放大器和A/D转换器。 同步数字化仪设计：每个通道一个 ADC 和一个放大器 这种设计适用于2到16个通道的卡，甚至16通道16位采集卡（例如TS-M2i.47xx系列）。 德思特SpectrumTS-M2i.47xx系列 与使用多路复用技术的标准卡相比，德思特Spectrum卡的这种更高级的设计具有许多优势： 同步采样采集卡为每个通道提供完整的采样率。 单个通道之间没有相位延迟。 由于独立的输入放大器，相邻通道之间的串扰最小。 可以直接比较采集值，无需插值。 同步采样在每个通道上同时采集一个样本 二、多路复用采样 多路复用采集卡为所有通道提供输入放大器，一个A/D转换器，并且通常只有一个放大器部分。由于多路复用器的限制，它用于慢速采样率，例如10kS/s到1MS/s。 多路复用采样使用单个 ADC 和单个放大器，并以扫描方式在通道之间切换 与同步采集卡相比，这种卡的设计和生产成本更低，因为它上面有更少的昂贵组件。与德思特Spectrum数字示波器等同步采样卡相比，这些卡通常有许多缺点： 1.采集通道之间存在相位延迟（如红色所示）。 2.最大采样率取决于活动通道的数量。 3.数据表上显示的最大采样率只是总和采样率。每个ADC只以 / 的速度进行采样。 4.由于所有信号都通过相同的活动组件，通道之间的串扰增加。 串扰导致以下问题： 信号失真：串扰会扭曲信号，使其失去原有的形状和特征，从而影响测量结果的准确性。 信噪比降低：串扰会引入额外的噪声，降低信号的信噪比，使信号更难被识别和分析。 系统性能下降：串扰会降低系统的整体性能，使其无法达到预期的测量精度和分辨率。 5.多路复用数字示波器通常只能在只有一个通道处于活动状态时以全采样率运行。多路复用通道的最大总和采样率进一步受限。例如，竞争对手的产品可以在1个通道上以2MS/s的速度运行，或者在2个或更多通道上以1MS/s的总和采样率运行，这使得在2个通道模式下每个通道的采样率为500kS/s。 三、结论 综上所述， 同步采样卡在性能和功能方面显著优于多路复用采集卡 ，这一优势在多个关键性能指标上得到充分体现。 德思特Spectrum作为测试测量领域的创新者，其 全系列采集卡采用独特的全同步采样架构，每个通道配备独立的信号链路和A/D转换器，实现了真正的并行处理 。这种设计不仅突破了传统多路复用架构的性能瓶颈，更为高精度、多通道的同步测量提供了理想的解决方案。

一、基本介绍 50多年前，激光技术的发展催生了激光雷达 (LIDAR) 系统，该系统在距离计算方式上取得了突破。激光雷达的原理与雷达所使用的原理非常相似。主要区别在于雷达系统检测物体反射的无线电波，而激光雷达则使用激光信号。这两种技术通常采用相同类型的飞行时间方法来确定物体的距离。然而，由于激光的波长比无线电波短得多，因此激光雷达系统可提供卓越的测量精度。激光雷达系统还可以检查反射光的其他属性，例如频率内容或偏振，以揭示有关物体的其他信息。 激光雷达系统现在的应用范围不断增加。这包括自动驾驶、地质和地理测绘、地震学、气象学、大气物理、监视、测高、林业、导航、车辆跟踪、测量和环境保护。 图1. 带有光谱仪器数字化仪的激光雷达扫描 二、激光雷达配置 为了满足多种不同的应用，激光雷达系统具有多种设计和配置。 每个系统都需要合适的光电传感器和合适的数据采集设备。 光检测系统中信号，要么是不相干的，其中直接能量是通过反射信号的幅度变化来测量的；要么是相干的，其中反射信号频率的变化（例如由多普勒效应引起的频率变化）或其相位被观察到。类似地，光源可以是低功率微脉冲设计，其中传输间歇脉冲序列，也可以是高能量光源。微脉冲系统非常适合需要“人眼安全”操作的应用（例如测量和地面车辆跟踪），而高能系统通常部署在长距离和低水平反射的地方（如大气物理学和气象学研究）。 每个激光雷达系统都需要使用适当的传感器来检测反射的激光信号并将其转换为电信号。最常见的传感器类型是光电倍增管（PMT）和固态光电探测器（例如光电二极管）。一般来说，PMT用于可见光应用，而光电二极管则更常见于红外系统。然而，这两种传感器类型都被广泛使用，并且选择很大程度上取决于需要检测的光特性、所需的性能水平和成本。 最重要的是，传感器产生需要采集和分析的快速电信号。对于大多数LIDAR应用，信号采集卡最流行的外形尺寸是PCIe，因为这使得它们可以直接安装在大多数现代PC内。PCIe是德思特许多数字化仪供应商提供的一种外形规格。这是创建功能强大、易于使用的数据采集系统的简单方法。由于PCIe总线提供非常高的数据吞吐率，因此信号采集、数据传输和分析功能通常比其他更传统的采集系统快得多。德思特还提供数字化仪NETBOX、基于LXI/以太网的紧凑型设备或PXIe等行业标准，对于具有空间限制或振动问题的移动环境（例如机载或移动激光雷达）来说，这是一个不错的选择。 图2. 大气激光雷达扫描 三、激光雷达性能等级 对于LIDAR应用，存在三个独立的性能等级： 1.最快的光脉冲 为了捕获和分析非常快的信号，数字化仪需要高达5 GS/s的采样率和超过1 GHz的高带宽。此类数字化仪的一个示例是TS Spectrum M4i.22xx系列。M4i.22xx系列在PCIe和PXIe平台上每卡提供多达4个通道，在LXI平台上提供多达24个通道。这种组合使这些卡非常适合与产生纳秒甚至亚纳秒范围脉冲的快速传感器一起使用。此外，5 GS/s的快速采样率可实现亚纳秒分辨率的定时测量。它非常适合需要检测和测量小频移（例如由多普勒效应产生的频移）的情况。 2.适用于低电平信号和高灵敏度 当需要宽信号动态范围和非常高的灵敏度时，数字化仪需要能够以几百MS/s的采样率和匹配的带宽采集幅度低至毫伏范围的信号。垂直分辨率需要高，最好是16位。例如，TS Spectrum M4i.44xx系列在500 MS/s下具有14位分辨率，在250 MS/s下具有16位分辨率。这些装置还具有从±200 mV到±10 V的可编程满量程增益范围，使其适合需要观察和测量低电平信号和小幅度变化的应用。 3.具有低成本效益的中档性能 第三组适用于需要高灵敏度但时序要求不高的应用。高达100 MS/s的采样率和16位垂直分辨率（如TS Spectrum M2p.59xx系列）适合该应用领域。这些装置用于需要高信号灵敏度的长距离激光雷达应用，也用于需要高密度、多通道记录的情况。 数字化仪包括多种不同的采集模式，可有效利用数字化仪的板载内存并提供超快触发功能，从而不会错过任何重要事件。这些模式包括多重采集和门控采集，并配有时间戳、FIFO流或基于FPGA的高速块平均。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.9', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

一、数字化仪的超声波应用 超声波是频率大于人类听觉范围上限的声学声压（声学）波。超声波设备的工作频率为20 kHz至几千MHz。表1总结了一些更常见的超声波应用的特征。 每个应用中使用的频率范围都反映了实际情况下的平衡。提高工作频率可以通过提高分辨率来检测较小的伪影，但较高频率的信号无法穿透那么远。超声波应用的常见问题是信号衰减，它与信号频率成反比。因此，在表面研究应用中往往使用非常高的频率，而当需要更大的穿透力和功率时，较低的频率更占主导地位。当然，增加数字化仪的动态范围也可以让您检测更小的信号。 二、数字化仪选型 表1：常见超声波应用的特征以及推荐的Spectrum数字化仪 1.采样率： 产品选型主要与实际应用中频率有关。 一般来说，数字化仪的采样率需要是应用频率的5到10倍 。除非应用中使用多普勒频移，即使频率可能不是那么高，但随着频移，定时分辨率也需要更高，而频移通常是需要测量的信号周期的一小部分。在多普勒应用中，数字化仪的采样率可能需要远高于所用频率的10倍。 2.带宽： 数字化仪带宽应超过应用中使用的最高频率至少两倍。使用较低带宽将导致较高频率信号的衰减，并且可能限制测量分辨率和精度。 3.动态范围： 增加数字化仪的动态范围（位数）可以检测更小的信号。更高分辨率的ADC通常可提供更好的信噪比，从而可以在同一采集中检测大信号和小信号。这就是为什么前沿系统经常使用更高分辨率的ADC或信号处理（如平均和滤波）来提高其整体测量灵敏度。 4.其他因素： 数字化仪的输入电路必须与超声波传感器的输出阻抗和耦合要求良好匹配。 德思特大多数数字化仪都提供输入路径、配置和终端阻抗的选择，以实现最佳匹配。 根据超声波信号的性质，数字化仪的采集模式也可能很重要。数字化仪接受和处理多个采集的能力使得多个信号突发或脉冲超声波的应用成为现实，并且突发事件之间的死区时间最小。分段、门控和流式采集模式都可以在确保准确捕获和分析每个事件方面发挥作用。此外，德思特数字化仪还提供信号处理功能，例如平均、峰值检测、滤波和快速傅立叶变换(FFT)。其中，平均和峰值检测可作为基于FPGA的内部处理功能。其他信号处理功能可在配套的SBench6软件平台或第三方软件中使用。 三、典型的超声波应用 以下超声波测距仪的测量说明了数字化仪中可用的一些功能。该设备发射五个40 kHz的声脉冲。本次测试的测量传感器是100 kHz带宽仪表麦克风。麦克风需要一个1兆欧的直流耦合输入端接。下图显示了SBench6软件对该测量结果的显示。数字化仪使用多种采集模式进行设置。它获取五个超声波脉冲作为单次测量。显示屏顶部的预览窗格显示了这些突发脉冲。每个事件都带有时间戳，屏幕左下角的时间戳表显示事件的绝对时间和相对于其他事件的时间。 所采集的第一个脉冲的缩放显示（包括来自目标的衰减反射）显示在左上方显示的轨迹中。请注意，后缘并不平坦。FFT视图显示右下象限中采集信号的频谱。除了40 kHz主频率之外，还有80 kHz的二次谐波和显着的低频杂散分量。所采集信号的基线上升是由于低频杂散拾取造成的。根据此频谱视图，对信号应用截止频率为20和50 kHz的带通滤波器（右上网格）。滤波导致信号后沿变平。五个获取的突发的平均值显示在左下网格中。每个视图的垂直轴均按麦克风的灵敏度进行缩放，并以声压（帕斯卡）为单位读取。这些视图提供了有关所采集信号的重要量化信息。 此外，信号频率以及最大和最小信号幅度的测量结果显示在标记为“信息”的框中。这是可用测量的一小部分样本。数字化仪及其配套软件提供多种测量和分析工具，以帮助超声波应用的开发。 四、用户案例 ● 中国上海交通大学正在研究由预制微气泡的惯性空化产生的子泡的特性。为了检测惯性空化和散射，传感器产生的信号由TS-M4i.4410-x8 130 MS/s、16位数字化仪采集。然后将数据传输到计算机进行傅里叶变换和功率谱分析。 ● 英国利兹大学电子与电气工程学院如何使用TS-M4i.4420-x8高分辨率数字化仪、等离子体金纳米棒和高强度聚焦超声 （HIFU） 来改进用于治疗癌组织的非侵入性技术。 ● 中国上海交通大学传感科学与工程学院，他们正在使用一种闭环反馈控制器，基于脉冲长度（PL）的调节方法来提高稳定空化（SC）活动的时间稳定性。目的是在靶区实现可控和理想的SC活性，以提高治疗效率和生物安全性。该设置使用TS-M4i.4410-x8 130 MS/s、16位PCIe数字化仪来确定循环微气泡的声发射特性。数字化仪采集传感器产生的信号，并将数据高速传输到计算机进行后续处理。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.8', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

Spectrum高速数字化仪TS-M5i.33xx-x16系列具有七种型号，支持10 GS/s的最大采样率，可提供超过4.7 GHz的带宽和12位的分辨率，能广泛适用于各类射频和高速数字应用。 技术工程师带您了解TS-M5i.33xx-x16系列高速数字化仪从从雷达脉冲测试到信号分析的广泛应用！ 高速数字化仪TS-M5i.33xx-x16系列 应用1. 测量雷达脉冲 TS-M5i.33xx-x16系列的其中一种射频应用是雷达分析。图1显示了采集1 GHz相位调制雷达脉冲的示例。 图1：1 GHz相位调制雷达脉冲（左上）与解调相位信息（左下）；脉冲的频谱（右上）和频谱的水平扩展视图（右下） 雷达脉冲以Spectrum SBench 6测量软件上的最大采样率每秒10 GS/s进行采集。其中，相位调制是一种双相巴克码，旨在提高雷达的距离分辨率。它们是一系列不同长度的 +1 和 -1 数字的序列。采集的数据被传输到MATLAB进行相位解调，并将解调后的信号导入回SBench6。 Spectrum提供的软件开发工具包 （SDK）包括允许LabView和MATLAB等常用的第三方分析软件控制Spectrum数字化仪并与之通信的驱动程序。 Spectrum数字化仪还可以通过PCI Express x16接口以高达12.8 GB/s 的速度将数据传输到PC系统，或直接传输到CUDA GPU进行自定义处理。这些接口提供了进一步高级分析的能力。 采集信号的快速傅立叶变换（FFT）显示了信号的频谱。它在1 GHz的载波频率处有一个峰值。载波频率处的FFT水平缩放扩展显示了相位调制导致的频谱展宽。 在这个应用中，长达8 GS的记录长度对于研究在10 GS/s最大采样率下，长达800 ms的跟踪历史也非常有用。测量脉冲的持续时间为20 us，在10 kHz脉冲重复频率下，每次记录可获得约8000个这样的脉冲。 应用2.分析正交调制通信信号 通信测量是Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列数字化仪的另一个应用领域。 大多数通信系统使用各种正交调制方案来有效地对数据进行编码。图2显示了对8PSK调制1 GHz载波的分析。 图 2：1 GHz 载波正交调制 8PSK 信号的时域和频谱分析。左上角的轨迹是获取的8PSK信号。右侧的轨迹是该轨迹的水平缩放。左下方的轨迹显示了信号的频谱。右侧的轨迹是信号频谱的扩展视图。 在Spectrum SBench 6软件界面的左上方，显示了采集到的20 us 8PSK信号的片段。轨迹的下方是信号的频谱，频谱显示了1 GHz载波频率的峰值及其调制包络。可以看到载波的三次谐波在 3 GHz 处，与载波峰值相比衰减了大约 36 dB。底部中心轨迹显示了频谱的扩展视图。光标测量了最接近载波频率的调制边带的偏移量。左侧信息面板中显示的光标读数表明边带偏移量为160 MHz。对于一个未经过滤的脉冲波形，调制包络会有一个 sin(x)/x 的形状。右下方的扩展频谱视图显示，8SPK信号经过带宽为20 MHz的升余弦滤波器进行了低通滤波。光标测量的是滤波器的标称带宽。调制信号频谱中高于20 MHz截止频率的频率被消除，因此边带只出现在载波的和采样零点的20 MHz范围内。 顶部中心轨迹是获取的信号时域的放大图。波动是由于数据调制造成的。两个相邻窄峰值之间的间距显示了40 MBaud的数据传输速率。调制边带之间的 160 MHz间距表示以四倍数据速率（即 160 MHz）进行额外的采样过程。观察右上方轨迹中8PSK信号的高度扩展视图，可以在相位终端之间看到信号粒度。光标设置为测量相位中断之间的时间周期，结果是6.2 ns，即频率为160 MHz。因此，40 MBaud调制被限制在20 MHz带宽内，并在 160 MHz 处再次采样后进行广播。 获取的射频载波使用专有的矢量信号分析软件在Spectrum SBench 6外部进行解调，然后将得到的同相和正交分量重新导入Spectrum SBench 6进行额外的分析和显示。图3提供了一个结果示例。 图 3：解调信号的同相 （I） 和正交 （Q） 分量。交叉绘制 I 和 Q 信号可生成状态转换或轨迹图。 I 分量显示在左上方的轨迹中，Q 分量显示在 I 分量的下方。 8PSK信号在每三个比特编码成一个符号，每个符号产生八个可能的数据值。I值和Q值转化为相位和幅度信息。每个状态的相位和幅度值都可以用I信号与Q信号的图（即星座图）来表示。状态转换图或轨迹图（右侧轨迹）显示了数据状态之间的转换路径，每条轨迹的起点和终点都是八个数据状态之一。数据状态出现在0、45、90、135、180、225、270和315度八个相位上。状态转换图提供了一种快速评估8PSK信号生成的方法。底层星座的不对称和偏斜表明信号生成存在误差。 应用3.分析DDR 2内存数据信号 Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列数字化仪也可以采集高速数字物理层信号。 数字信号的带宽取决于脉冲的上升时间，脉冲是时钟速率的函数。一般的经验法则是，测量系统的测量带宽应为数字系统的时钟频率的五倍。您可以在图4所示的示例中看到这一点，该示例显示了双倍数据速率（DDR 2）内存数据信号的采集和分析。DDR存储器使用时钟（clock）、选通（strobe）和数据（data）这三种数字信号对数据进行读取和写入设备。数据信号如图4所示。 图 4：DDR2内存的数据信号结构复杂，FFT频谱显示高达 3 GHz左右的能量 采集的数据信号显示在左上角的迹线中。左下角是信号的水平扩展视图。数据信号的FFT频谱如图中右侧图像所示。由于数字信号的脉冲性质，频谱具有Sin（x）/x包络。设备的时钟频率为333 MHz。DDR内存操作以两倍的时钟速率进行。频谱中的零点出现在 666 MHz 及其整数倍频率上，频谱显示出到大约 3 GHz 的大量能量。 END 综上所述，Spectrum TS-M5i.33xx-x16 系列数字化仪凭借其高性能和广泛的应用领域，为雷达脉冲测量、通信信号分析和高速数字信号采集提供了强大的工具。数字化仪的高采样率、宽频带和12位分辨率的特点，使得它们能够精确地捕捉和分析各种复杂的信号。无论是射频应用还是高速数字物理层信号的采集，Spectrum TS-M5i.33xx-x16系列数字化仪都能提供出色的性能和可靠性。随着技术的不断发展，这些采集器无疑将在未来的信号分析和测量领域发挥更加重要的作用。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.8', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();