一、台階波形  

 

本文以ZDS4054Plus示波器為測試工具，圖 1 如所示波形是在 200mv/div 檔位下采樣的，波形相對平穩。停止采樣後，如果將垂直檔位調至 50mv/div，則波形出呈現嚴重的鋸齒狀，如圖 2 所示。為此很多人感到疑惑，為什麼會出現這種現象
？

 

圖1 原信號波形

 

圖2 放大後波形

 

 

當示波器處於【Run】時
，示波器模擬前端會根據不同的垂直檔位，始終會將信號的幅度調理到 ADC合適的範圍內，再進行量化，所以運行狀態下的波形放大，不會存在鋸齒現象。

 

l在 200mv/div 的檔位下，垂直分辨率（25 LSB/div）為 8mv

 

l在 50mv/div 的檔位下，垂直分辨率（25 LSB/div）為 2mv

 

垂直檔位越小，分辨率越高
，則采集到的波形測量精度就越高，這個就是推薦波形盡量鋪滿格子的原因。

 

 

在停止狀態下波形不進行采集
，也就是停止狀態無論垂直檔位怎麼變化，仍然會保持停止時（200mv/div）的垂直精度 8mv，所以當把波形的垂直方向放大 4 倍時（50mv/div），那(na)麼(me)采(cai)樣(yang)點(dian)與(yu)采(cai)樣(yang)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)垂(chui)直(zhi)距(ju)離(li)就(jiu)會(hui)變(bian)大(da)，當(dang)然(ran)這(zhe)僅(jin)僅(jin)隻(zhi)是(shi)進(jin)行(xing)數(shu)字(zi)化(hua)放(fang)大(da)，示(shi)波(bo)器(qi)此(ci)時(shi)會(hui)進(jin)行(xing)插(cha)值(zhi)保(bao)持(chi)
，插(cha)值(zhi)保(bao)持(chi)下(xia)波(bo)形(xing)會(hui)以(yi)階(jie)梯(ti)的(de)形(xing)式(shi)連(lian)接(jie)，這(zhe)也(ye)是(shi)產(chan)生(sheng)鋸(ju)齒(chi)的(de)原(yuan)因(yin)。

 

圖3 插值保持

 

 

前(qian)麵(mian)我(wo)們(men)提(ti)到(dao)了(le)插(cha)值(zhi)保(bao)持(chi)
，那(na)麼(me)有(you)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)能(neng)就(jiu)會(hui)想(xiang)到(dao)，會(hui)不(bu)會(hui)是(shi)由(you)於(yu)插(cha)值(zhi)算(suan)法(fa)的(de)原(yuan)因(yin)導(dao)致(zhi)了(le)波(bo)形(xing)放(fang)大(da)後(hou)出(chu)現(xian)了(le)鋸(ju)齒(chi)狀(zhuang)呢(ne)？畢(bi)竟(jing)線(xian)性(xing)插(cha)值(zhi)是(shi)以(yi)點(dian)的(de)方(fang)式(shi)連(lian)接(jie)，出(chu)現(xian)鋸(ju)齒(chi)狀(zhuang)也(ye)很(hen)正(zheng)常(chang)。答(da)案(an)是(shi)否(fou)定(ding)的(de)，下(xia)麵(mian)從(cong)原(yuan)理(li)層(ceng)來(lai)分(fen)析(xi)一(yi)下(xia)。

 

首(shou)先(xian)解(jie)釋(shi)一(yi)下(xia)何(he)謂(wei)插(cha)值(zhi)算(suan)法(fa)，對(dui)於(yu)很(hen)多(duo)示(shi)波(bo)器(qi)都(dou)會(hui)有(you)不(bu)同(tong)的(de)插(cha)值(zhi)模(mo)式(shi)，常(chang)見(jian)的(de)分(fen)為(wei)正(zheng)弦(xian)插(cha)值(zhi)和(he)線(xian)性(xing)插(cha)值(zhi)，在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)，如(ru)果(guo)示(shi)波(bo)器(qi)ADC的采樣率不足以恢複真實信號，我們需選擇不同的插值方式進行測試分析：

 

 

正zheng弦xian內nei插cha是shi示shi波bo器qi默mo認ren的de插cha值zhi方fang式shi，也ye是shi最zui常chang用yong的de插cha值zhi方fang式shi。通tong過guo正zheng弦xian內nei插cha的de方fang式shi，能neng夠gou比bi較jiao準zhun確que和he平ping滑hua地di還hai原yuan真zhen實shi波bo形xing信xin號hao。利li用yong曲qu線xian來lai連lian接jie樣yang點dian，通tong用yong性xing更geng強qiang。這zhe種zhong方fang法fa彎wan曲qu信xin號hao波bo形xing，使shi之zhi產chan生sheng比bi純chun方fang波bo和he脈mai衝chong更geng為wei現xian實shi的de普pu通tong波bo形xing。如ru圖tu4所示為采樣正弦插值的方式，觀察到的放大後的波形。

 

圖4 正弦插值

 

 

線性內插是最簡單的插值方式
，計算量最小。在ADC的相鄰采樣數據點之間按照線性多項式的計算方式插入一個計算值
，插入的這個點為相鄰兩個采樣點連線上的值。如下圖5所示位采用線性內插方式測試波形，是通過點與點之間的直接連接形成的波形，細節上能夠

    

看到類似於鋸齒波的形狀
，這種插值方式局限於直邊緣的信號。

 

圖5 線性插值

 

通(tong)過(guo)這(zhe)兩(liang)種(zhong)插(cha)值(zhi)方(fang)式(shi)對(dui)比(bi)
，大(da)家(jia)會(hui)發(fa)現(xian)正(zheng)弦(xian)內(nei)插(cha)利(li)用(yong)曲(qu)線(xian)連(lian)接(jie)采(cai)樣(yang)點(dian)
，線(xian)性(xing)內(nei)插(cha)通(tong)過(guo)點(dian)與(yu)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)形(xing)成(cheng)波(bo)形(xing)，大(da)家(jia)可(ke)能(neng)會(hui)傾(qing)向(xiang)於(yu)線(xian)性(xing)插(cha)值(zhi)的(de)原(yuan)因(yin)形(xing)成(cheng)了(le)放(fang)大(da)之(zhi)後(hou)的(de)鋸(ju)齒(chi)狀(zhuang)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)：插值算法是在ADC采(cai)樣(yang)時(shi)進(jin)行(xing)的(de)，當(dang)采(cai)樣(yang)停(ting)止(zhi)後(hou)
，示(shi)波(bo)器(qi)才(cai)會(hui)進(jin)行(xing)插(cha)值(zhi)保(bao)持(chi)，插(cha)值(zhi)保(bao)持(chi)下(xia)采(cai)樣(yang)點(dian)之(zhi)間(jian)會(hui)以(yi)階(jie)梯(ti)的(de)形(xing)式(shi)連(lian)接(jie)
，因(yin)此(ci)示(shi)波(bo)器(qi)停(ting)止(zhi)下(xia)的(de)放(fang)大(da)隻(zhi)是(shi)單(dan)純(chun)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)放(fang)大(da)，是(shi)示(shi)波(bo)器(qi)插(cha)值(zhi)保(bao)持(chi)的(de)結(jie)果(guo)
，這(zhe)與(yu)使(shi)用(yong)何(he)種(zhong)插(cha)值(zhi)算(suan)法(fa)完(wan)全(quan)無(wu)關(guan)。

 

 

因yin此ci無wu論lun前qian麵mian采cai用yong的de是shi何he種zhong插cha值zhi方fang式shi，采cai樣yang停ting止zhi後hou放fang大da的de波bo形xing都dou會hui以yi鋸ju齒chi狀zhuang呈cheng現xian出chu來lai，這zhe是shi插cha值zhi保bao持chi的de原yuan因yin
，也ye是shi完wan全quan正zheng常chang的de。因yin此ci，我wo們men在zai觀guan測ce波bo形xing的de時shi候hou一yi定ding要yao讓rang波bo形xing盡jin量liang鋪pu滿man整zheng個ge屏ping幕mu，如ru果guo波bo形xing出chu現xian了le鋸ju齒chi，也ye要yao清qing楚chu鋸ju齒chi的de原yuan因yin來lai自zi於yu哪na裏li。