周期波形分析仪

瑞士苏黎世仪器 (Zurich Instruments) 推出了一款新型仪器,该仪器具备诸多全新和现有的独特能力。

新一类仪器

周期波形分析仪 (PWA) 是一种同步检波器,可用于周期性信号分析。实施同步检波有多种方法,当从嘈杂背景中提取信号时,它是优化信噪比的有用方式。不同的同步检波方法均利用了一个事实,即有用信号是具有周期性的,而且相关频率是已知干扰。锁相检波和 Boxcar 求平均值是同步检波方式的两种实际例子,每种方式均根据特定的信号类型定制:正弦信号对应锁相检波,低占空比信号对应 Boxcar 求平均值。

PWA 采纳连续样本流,将它们同步关联到参考振荡器的实际相位,从而有效实现同步检波。另外,样本通过以前在相同相位的样本可计算出平均值。在多种参考频率周期中执行此类操作,即可产生诸多相位和样本对,其中相位是介于 0 和 2π 之间的值。它算作是一种周期信号的数字信号平均器。X 轴上的含相位的平均值绘图可称作是相位域图示。

通过与采样示波器相似的几个数量级,PWA 也克服了由 ADC 实际采样率施加的限制。

放大任何周期波形

UHF-BOX Boxcar 平均器将相位值分类到 1024 个区间中,生成了次级(即 2π/1024 或 0.4°)分辨率的波形,形成相位域图示。如果该分辨率不够用,用户可以将输入信号调到更高的参考频率谐波,这样可以放大相关区域,将时间分辨率增加到毫度 (m°)。这样便可以精确分析低占空比或任何其他周期性重复瞬态的脉冲信号。

Boxcar 还是锁相?让谐波分析器给出答案吧

通过 PWA 可以很容易选择最高效的信号恢复方法。基波中可用的占空比和信号能量几乎呈线性扩展。例如在 50% 占空比的矩形信号脉冲中,仅 1/3 的信号处于基波。如果占空比除以因数 2,则基波中的信号能量也减半。

对 PWA 数据集执行的 FFT 可生成在更高的参考频率谐波下信号振幅的频谱分布。在使用 UHF-BOX PWA 的情况下,这是直流和参考频率前 511 个谐波的能量分布。因此用户可以很容易决定锁相放大和 Boxcar 求平均值哪个是更合适的测量方法。例如,如果用户看到信号分布于诸多谐波分量而没有任何突出峰值,则 Boxcar 平均器检波方式可能是用来获得最好信噪比的更明智选择。

求周期信号平均值(信号平均器)

PWA 的参考频率由仪器自身提供,或者当通过外部生成时,可以通过可调节带宽的锁相环仔细追踪。与使用标准示波器执行的分析相比,这种方式具备极大的求平均值优势并且不会触发晃动。更重要的是,该工具能做到无死时间检波,而许多实时示波器在每次触发事件后都需要大量时间重新准备响应。相比来看,UHF-BOX PWA 可以捕获并求出 10 秒甚至更长时间的数据流,与 80 MHz 激光器的 8 亿个周期相一致,而不会错过任一样本。

低占空比信号分析

PWA 与示波器相似的功能也有助于选择 Boxcar 平均器测量所用的相关窗口。在相位域图示中,用户可以轻松选取包含重要信号的区域。而如果 512 个区间的分辨率不够用的话,用户可以将输入信号调到更高的参考频率谐波,这样就可以放大相关区域,按需要增加时间分辨率。

 

综上所述,周期波形分析仪是一款功能多样、强大的测量仪器,当与锁相放大器、信号平均器或 Boxcar 平均器等仪器相配合使用时能够提供极大的价值。PWA 在许多设置中都可以替代采样示波器,可以融入到任何组合的标准测量仪器中。

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