使用示波器执行信号处理
文章作者:Arthur Pini
执行信号处理的示波器与图形显示交互，它可以记录每一步而无需任何编程。
用一个像示波器这样的仪器做一些不同寻常的事情总是很有趣的。我最近有机会在一个项目中使用一些示波器的魔术。我从一个Holter记录仪中获得了几个ASCII多通道心脏波形，用于导入任意波形发生器(AWG)。
不幸的是，记录的数据以每秒200个采样的速度数字化，AWG的最低采样率为1k S/ S。以较高的速率导入波形将导致波形的关键频率得到频谱扩展。因此，我需要使用一个插值器来处理波形，以增加采样率到1k S/ S。有了一个示波器，我能够使用它的一些功能来解决这个问题。
DSO的波形特性
数字存储示波器（DSOS）的巨大特征之一是能够保存和恢复波形。这是该项目所需的第一个能力。大多数中等和高范围的示波器可以以多种格式保存数据。保存数据的主要格式是范围的本机二进制格式。这些二进制文件可能具有“.trc”或'.wfm'等文件扩展，这些文件是旨在被调用为范围或范围制造商的离线分析实用程序的专有文件格式。
大多数DSO也可以以各种ASCII格式保存波形。包括直的ASCII，逗号分隔的ASCII文件用于导入电子表格，.dat文件，用于Matlab和Mathcad的.prn文件。ASCII文件可以单独保存为垂直数据，时间和垂直数据，以及带头的时间和垂直数据，以提供广泛的兼容性。
有趣的是Teledyne LeCroy示波器毛伊运营系统，有能力读取带标题的ASCII文件回到范围内。此功能允许从其他源的数据导入示波器以进行图形显示，测量或信号处理。
具有标题的示波器ASCII格式需要时间和垂直数据以及简单的标题，如部分所示图1。
图1这张Excel电子表格的截图显示了“带头的ASCII”文件格式的头。
将Holter通道数据导入到Excel中，并创建时间数据，以5毫秒的增量(200 Hz)匹配振幅数据。生成报头信息，包括记录长度、采样间隔、触发点、触发时间和水平偏移量，并使用适当的标签进行输入。
DSO要求文本字段用双引号括起来。Excel不使用这种格式的文本，所以引号被添加到记事本(图2）。
图2此记事本屏幕截图显示了ASCII格式的最终形式，其中标题波形文件格式要导入示波器。
结果文件导入示波器，如图所示图3.。
图3.左上为导入波形，左下为同一波形的放大图，右上为导入波形的快速傅里叶变换。
输入的波形有60k个采样点，在200hz采样率下记录了5分钟的数据，如左上角的栅格所示。该数据的水平扩展缩放视图提供了详细视图，并显示在左下方的网格中。召回记录中数据点的数量和频率的测量也显示在波形迹下。输入波形的快速傅里叶变换(FFT)出现在右侧栅格中。这个光谱显示的跨度是100hz的奈奎斯特频率。主要的光谱含量在5 Hz以下的低频。在FFT跨度的中心有另一个测量频率为50hz的峰值。
插值是如何工作的
输入的波形，就像DSO中的任何波形一样，可以被测量、分析和处理。该项目的目标是将该波形的采样率从200 Hz提高到1 kHz。这就需要使用插值数学函数。图4.显示所涉及的步骤以及插值过程如何影响该信号。
图4.输入波形(左侧)和插值波形(右侧)的对比显示了提高有效采样率的处理步骤。
ASCII HOLTER RECORDER波形被导入到左上网格中显示的内存跟踪M1中。使用SIN（x）/ x内插器，将数学迹线F1设置为插值为5：1。内插波形出现在右上角的显示屏中。两个波形的点测量参数的数量出现在跟踪网格下方。导入的迹线具有60K个采样点，而插值功能具有299.8K样本。由于使用的插值滤波器的开销，插值波形略微从300k样本截断，但它具有标称值为原始波形的点数的五倍。
两种波形水平展开，以显示采样过程的细节。从左上方开始的第二个轨迹显示了原始信号。强化的点表示真实的样本点。右边的第二个轨迹显示了插值波形的相同部分。样品间距越近，样品速率越高，即1khz。
在比较FFT时，可以看到关键差异。进口波形的FFT，第三个从左上角，具有比采样率的跨度（奈奎斯特频率），它涵盖了从DC到100 Hz的频率。插值波形的FFT，右侧的第三个，具有500 Hz-ags-Inclue，1 kHz采样率的一半。请注意，光谱内容仅扩展到高于100 Hz。
如果将插值的FFT扩展为0到100 Hz(右下)的范围，则频谱几乎与左下输入的波形相同。在接近100hz的幅度谱中有一些舍入是由插值滤波器造成的，但这是次要的，因为重要的信息都在5hz以下。
问题解决了
现在以1 kHz采样的内插波形可以再次以ASCILOSOPER导出，并以ASCII格式导出，并直接导入AWG，在那里可以使用正确的频率范围生成它。问题解决了;任务完成。
并非所有示波器应用都涉及信号采集。它使用示波器作为信号处理器，而不是使用第三方的分析程序。其优点是作用域处理与图形显示进行交互，以记录每个步骤，并且不需要任何编程。
阿瑟·扎在电子测试和测量方面有超过50年的经验。看他所有的edn.示波器文章。
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