示波器遲滯Hysteresis功能介紹

遲滯：當(dāng)信號(hào)疊加噪聲時(shí)，必須確認(rèn)的功能

在使用示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，最容易被忽視的問(wèn)題之一，就是如何對(duì)疊加了噪聲的信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)與測(cè)量。尤其是在高速信號(hào)測(cè)量中，由噪聲引發(fā)的誤觸發(fā)、測(cè)量誤差是核心難點(diǎn)。解決該問(wèn)題的關(guān)鍵功能，就是遲滯(Hysteresis)。很多工程師在操作示波器時(shí)會(huì)忽略該功能，但實(shí)際上，它是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測(cè)量與觸發(fā)，必須理解并活用的核心功能。

什么是遲滯(Hysteresis)?

遲滯是為了判斷信號(hào)是否越過(guò)特定閾值，而設(shè)置的幅度裕度范圍功能。當(dāng)設(shè)定好測(cè)量/觸發(fā)的基準(zhǔn)電平后，示波器會(huì)在信號(hào)與該電平的交叉點(diǎn)完成測(cè)量、觸發(fā);而遲滯的作用，就是在基準(zhǔn)電平上下設(shè)置一段裕度，避免僅以“瞬間越過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)”作為判斷依據(jù)，從而濾除由噪聲、信號(hào)失真導(dǎo)致的誤交叉點(diǎn)。

Teledyne LeCroy示波器的測(cè)量菜單中，遲滯默認(rèn)值約為500 mdiv(毫格)：

· 遲滯值設(shè)得越低：對(duì)小信號(hào)越敏感，但抗噪聲能力越弱

· 遲滯值設(shè)得越高：穩(wěn)定性越強(qiáng)，但交叉點(diǎn)檢測(cè)的精度會(huì)下降

只有當(dāng)信號(hào)完全跳出遲滯設(shè)定的帶寬范圍時(shí)，示波器才會(huì)判定為有效交叉，以此避免噪聲、微小波動(dòng)引發(fā)的誤判。

圖1：遲滯為0(上)與開(kāi)啟遲滯(下)的效果對(duì)比

圖1模擬了信號(hào)邊緣疊加毛刺(Glitch)時(shí)，開(kāi)啟/關(guān)閉遲滯的測(cè)量差異：

? 上圖(遲滯=0)：示波器會(huì)將毛刺誤判為有效信號(hào)，最終測(cè)量出8個(gè)周期(包含了毛刺的無(wú)效周期)

? 下圖(開(kāi)啟遲滯)：通過(guò)設(shè)定遲滯帶寬，濾除了帶寬內(nèi)的毛刺波動(dòng)，僅對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，最終得到4個(gè)正確周期

遲滯適用于哪些場(chǎng)景?

遲滯可在示波器多個(gè)功能中使用：

1. 觸發(fā)設(shè)置：

· 對(duì)疊加了高頻噪聲的低頻信號(hào)：提高遲滯值，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定觸發(fā)

· 對(duì)高頻信號(hào)測(cè)量：通過(guò)「Optimize for HF(高頻優(yōu)化)」選項(xiàng)降低遲滯值，提升檢測(cè)靈敏度

2. 測(cè)量功能：

在計(jì)算上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬、周期等參數(shù)時(shí)，遲滯用于精準(zhǔn)判定信號(hào)交叉點(diǎn)

· 未單獨(dú)設(shè)置遲滯的參數(shù)：默認(rèn)值為0.5div(500mdiv)

· 參數(shù)名后標(biāo)注「@level」的參數(shù)：支持單獨(dú)自定義遲滯值

圖2是圖1原理的實(shí)際示波器驗(yàn)證：

· 通道1輸入正弦波，單次觸發(fā)捕獲波形

· P1、P2為兩個(gè)相同的周期測(cè)量參數(shù)，僅P2將遲滯設(shè)為0

· 測(cè)量結(jié)果：P1僅檢測(cè)到2個(gè)有效周期，P2卻檢測(cè)到313個(gè)周期(肉眼可見(jiàn)僅2個(gè)完整周期)

原因：P2遲滯=0，無(wú)保護(hù)帶寬，將測(cè)量電平處的所有微小噪聲波動(dòng)都判定為有效周期。

圖2：含噪聲信號(hào)的周期測(cè)量(遲滯=0，噪聲周期被誤計(jì)入)

結(jié)論：必須為測(cè)量設(shè)置合適范圍的遲滯。

圖3：遲滯值過(guò)大(接近信號(hào)幅度)的情況

當(dāng)遲滯帶寬設(shè)置得接近信號(hào)幅度時(shí)：

? 僅檢測(cè)到1個(gè)周期，且周期值接近正常信號(hào)的2倍

? 若遲滯值再增大，甚至?xí)耆珶o(wú)法檢測(cè)到有效周期

圖4：設(shè)置合適遲滯的參數(shù)測(cè)量效果

高閾值(High Threshold)與低閾值(Low Threshold)之間的區(qū)域，即為遲滯帶寬。僅當(dāng)信號(hào)完全跳出該帶寬時(shí)，示波器才會(huì)判定為有效交叉，從而徹底避免噪聲引發(fā)的誤觸發(fā)、誤測(cè)量。

不同信號(hào)的遲滯設(shè)置建議：

· 高速數(shù)字信號(hào)：使用低遲滯值以提升靈敏度;若信號(hào)質(zhì)量差，可同步開(kāi)啟噪聲濾波

· 模擬波形：使用高遲滯值，優(yōu)先保障測(cè)量穩(wěn)定性

圖5：混合信號(hào)場(chǎng)景下，可在Logic Setup(邏輯設(shè)置)選項(xiàng)卡單獨(dú)設(shè)置各通道遲滯

在混合信號(hào)(Mixed Signal)環(huán)境中，設(shè)置數(shù)字邏輯時(shí)，可在自定義閾值(Threshold)的同時(shí)，單獨(dú)調(diào)整每個(gè)通道的遲滯值，以獲得最優(yōu)測(cè)量結(jié)果。

總結(jié)

遲滯不是示波器的“可選功能”，而是實(shí)現(xiàn)可靠測(cè)量、穩(wěn)定觸發(fā)的核心必備功能。在示波器設(shè)置中主動(dòng)活用該功能，即使在高噪聲環(huán)境下，也能完成穩(wěn)定的數(shù)據(jù)分析，是信號(hào)測(cè)量中工程師必須理解并掌握的關(guān)鍵技術(shù)。