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參數測量”是示波器分析波形的一大利器，工程師不用開啟光標就可以輕松得到各項參數。但也有工程師會有點不放心：示波器如何保證測量精度呢？本文就帶你步步深入，了解示波器參數測量背后的算法。
ZDS系列示波器提供了非常豐富的測量功能，測量項目最多可達51種。工程師在使用時遇到的問題多是因為對細節及原理了解不夠，下面就這些內容，帶你一步一步深入挖掘，解開你的疑惑。
一、參數測量的使用方法
打開測量比較簡單，記住兩個要點：
1、我要測量哪個通道？
2、我要測什么？
圖1 打開測量
小結：測量項目有51項之多，支持24項測量項目同屏幕顯示。
二、參數測量算法分析
示波器中測量的項目大體上可分為兩大類，一類與電壓相關，如最大值、最小值、頂部值、底部值等。另一類與時間相關，如頻率、周期、上升時間、下降時間、占空比等。頂部值、底部值是非常重要的兩個測量項，是時間測量的基礎。
與電壓相關的測量，相對比較簡單，最大值(Vmax)與最小值(Vmin)可通過遍歷所有樣本點求出。頂部值(Vtop)和底部值(Vbase)的求解，需要先對所有樣本點進行直方圖映射，然后求出現概率最大的電壓值。
頂部值(Vtop)：相對于波形上部的最大概率的電壓，并且概率達到樣本點總數的5%以上。
底部值(Vbase)：相對于波形下部的最大概率的電壓，并且概率達到樣本點總數的5%以上。
圖2 電壓相關項的測量
與時間相關的測量項，需要使用頂部值(Vtop)和底部值(Vbase)，然后再通過Vtop與Vbase計算出高中低三根閾值線的位置，最后求閾值線與波形的交點，可得到時間相關的測量結果，如圖3所示。高中低三根閾值線的位置可調節，默認值為90%、50%、10%。
圖3 時間相關項的測量
小結：有一些特殊的波形（如正弦波）會出現Vtop和Vbase求解失敗（概率少于5%），此時會使用Vmax與Vmin作為新的頂部值與底部值，并且會在Vtop和Vbase的值后面，追加?號顯示來表示異常，如圖4所示。
圖4 頂部值、底部值與最大值，最小值相同
三、測量與統計算法分析
測量與統計的原理很簡單。先要理解一個概念，同一個測量項在同一次測量中可能會遇到多次，如周期，一段波形可能有N個周期。這樣就出現了新的問題，周期的測量結果對應波形的哪個周期？為了解決這種不對應的問題，并讓測量結果更具有意義，我們采用了統計學中的6種值來描述測量結果，分別如下：
當前值(Current)：表示第一個測量值，對應圖5中①的位置。
最大值(Max)：表示所有測量值中的最大值，對應圖5中②的位置。
最小值(Min)：表示所有測量值中的最小值，對應圖5中③的位置。
平均值(Avg)：表示所有測量值的累加平均值，對應圖5中的三個位置的累加平均值。
標準差(Stdev)：表示所有測量值的標準差，對應圖5中的三個位置的標準差。
次數(Count)：表示測量值的個數，對應圖5中的三個位置。
圖5 測量統計功能周期
小結：測量統計功能默認是關閉，可在菜單中打開。統計關閉時，僅顯示當前值(Current)，統計打開時，顯示6種統計結果。圖6中使用了正脈寬統計功能，可求得最大的脈寬為3.0028us，脈沖個數為42個。
圖6 統計功能可手動打開或關閉
四、自定義測量范圍
使用測量時，經常會遇到的一個問題是，捕獲下來的波形比較多，但是我只想測量分析波形中的一部分。在ZDS3000/4000系列示波器中，我們通過硬件加速，提供了一種自定義測量范圍的方法，只需要簡單的兩個步驟即可完成。
第一步：設置測量范圍為光標區域；
第二步：調整光標位置，指定測量的范圍。
圖7 自定義測量區域
總結：
測量功能很強大，但也很復雜，實際應用時如果對結果不夠確定，可以先排查測量結果是電壓類型還是時間類型，電壓類型則重點檢查輸入通道設置是否正確，如探頭比；時間類型則重點檢查高中低三閾值、頂部值、底部值是否正確。
ZDS示波器的測量功能，使用了全硬件加速處理，能對全屏幕的所有原始（不抽樣）樣本點進行分析，同時執行51項參數測量，處理速度非常快，是全球唯一一款具備51種“真正意義”參數測量、統計功能的示波器。
