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1、脉冲参数计量2 第一章 脉冲参数基础知识第一节 脉冲测量基本概念第二节 脉冲参数表述第三节 脉冲幅度确定方法第四节 脉冲信号的频谱分析第五节 脉冲参数间的转换关系3 第二章 示波器的基本原理第一节 示波器的发展与分类第二节 示波器计量参数介绍第三节 模拟示波器的组成及工作原理第四节 数字存储示波器4 第三章 示波器检定第一节示波器检定装置第二节模拟示波器的计量检定第三节数字存储示波器的计量检定第四节示波器检定的测量不确定度5 第四章脉冲信号发生器检定 第一节脉冲发生器的基本组成及工作原理第二节脉冲发生器的计量检定 第三节其它类型的脉冲发生器 6 第五章脉冲参数计量标准第一节 计量标准的组成第二
2、节 计量标准重复性与稳定性考核第三节 测量标准不确定度评定第四节 计量标准量值传递7 第一章 脉冲参数基础知识 在无线电测量领域中，脉冲信号应用十分广泛。 对脉冲参数测量的准确度有更高的要求。脉冲测量的速度扩展到皮秒量级。 脉冲测量领域中相关的测量仪器的测量功能、技术指标也有了极大的提高。脉冲测量使用最多的示波器的技术性能有了一个飞跃。数字存储示波器正在取代传统的模拟示波器，性能与技术指标已远远超过了模拟示波器。8 第一节 脉冲测量基本概念一、 脉冲波形定义：自第一额定状态出发，到达第二额定状态，最终又回到第一额定状态的一种波。尖脉冲矩形脉冲阶跃脉冲几种典型脉冲波形9 二、脉冲测量技术脉冲技术
3、是无线电电子学中的基础技术。脉冲技术应用 十分广泛。通信方面 ，早期的电报 ，先进的数据通信、数字通信 军用和民用各种雷达，如目标定位雷达、导航雷达、警戒雷达、照 射雷达等 计算机 利用脉冲信号进行数据传输电视、核物理研究、电子医疗设备无线电信号特性的测量，可分为四类：时域测量、频域测量、数据域测量、调制域测量。10 (一) 时域测量时域测量是指电信号幅度与时间关系特性的测量，时域测量中使用最多的是示波器。典型脉冲波形图V Vt t11 (二) 频域测量测量一个信号的能量相对于频率的函数关系，称之为频域测量，其本质就是频谱分析。频谱分析仪是频域测量的典型测量仪器。 fV脉冲信号频谱分布图12
4、(三) 数据域测量数据域测量是从数据域观测数字信号的特性，数字信号的信息不是载于个别的脉冲信号波形，而是载于信号电平的高低及其不同的组合，即逻辑真值的变化中。研究的关键不仅在于无失真地显示数字信号波形，更重要的是准确地识别电平的高低、各通道数据信号的时序、以及逻辑状态的变化。 逻辑分析仪是数据域测量中的最常用仪器。 数据域测量示意图1 0t13 (四) 调制域测量v调制域测量是新提出的一个概念与测量方法，它测量信号频率、时间间隔、相位与时间的关系。可直接观测到信号中载频的变化，可测量频率随时间变化。tf调制域测量频率随时间变化显示图应用：捷变频发射机的跳频特性蜂窝电话各基站之间的转换性能调频信
5、号的载频信号与时间的关系振荡器的开机特性锁相过程中VCO的频率变化14 第二节脉冲参数表述一、单脉冲特性参数/2脉冲宽度tr（上升时间）tf（下降时间）顶线 90%50%10%基线典型脉冲波形图15 一、单脉冲特性参数（一）基线（底）指脉冲由一个额定状态（第一个额定状态）出发经另一个额定状态（第二个额定状态）而最终又回到的第一额定状态的脉冲波形的第一额定状态称之为基线。（二） 顶线脉冲波形中表示脉冲第二额定状态部分称之为顶线。16 一、单脉冲特性参数（三）顶量值据脉冲顶线定义、按规定算法得到的脉冲顶部量值为顶量值。（四）底量值据脉冲底线定义、按规定算法得到的脉冲底部量值为底量值。（五）脉冲幅度
6、 脉冲幅度指顶量值与底量值的代数差。脉冲转换时，指基线以上的电压电平。17 一、单脉冲特性参数（六）过渡时间（脉冲前后沿时间）脉冲信号的电平转换时所需时间。(1) 前过渡时间（上升时间tr），一般指脉冲从脉冲幅度的10%到90%所占用时间。 (2) 后过渡时间（下降时间tf），一般指脉冲从脉冲幅度的90%到10%所占用时间。18 一、单脉冲特性参数（七）脉冲宽度一般指脉冲前沿和后沿中点（50%幅度量值点）之间的时间间隔（持续时间duration），又称为固定沿脉冲宽度。以前沿起始拐角到后沿的起始拐角计算之间的时间间隔来定义脉冲宽度的，称为可变沿脉冲宽度。19 一、单脉冲特性参数（八）重复频率（
7、1）重复周期（简称周期）连续的脉冲波中的两个相邻波形相同点之间的时间间隔。基本单位是秒（s）。常用分数单位为毫秒（ms）、微秒（s）、纳秒（ns）、皮秒（ps）。（2）重复频率周期的倒数是频率，单位是赫兹（Hz），常用倍数单位为千赫兹（kHz）、兆赫兹（MHz）。20 一、单脉冲特性参数（九）开关比on/off ratio 开关比一般指周期的脉冲序列中脉冲波形持续时间T1与脉冲间隔T2之比，表示式为： T2T1tVT21 一、单脉冲特性参数（十）空度比空度比一般指周期性的脉冲序列中脉冲波形的持续时间与脉冲重复周期之比，表示式为： T2T1tVT22 二、单过渡参数 （一）阶跃 Step一个电信
8、号从一个稳定状态快速变化到另一个稳定状态的过程。a） b) 阶跃 a）正向阶跃；b) 负向阶跃23 二、单过渡参数 （二）斜坡 Ramp一个电信号不间断的单向变化的过程，可以有正负。a） b) 斜坡 a）正向； b) 负向24 三、脉冲波形失真参数顶线基线b bd d( (前冲前冲 ）l l（下下 冲冲）过冲过冲25 三、脉冲波形失真参数1.前冲（预冲） 脉冲波形前过渡时间之前的幅度量值起伏，用脉冲幅度的百分数表示。 2. 过冲（上冲） 脉冲波形在前过渡时间之后的幅度量值起伏，用脉冲幅度的百分数表示。 26 三、脉冲波形失真参数3.下冲 脉冲波形后过渡时间之后的幅度量值起伏，用脉冲幅度的百分数
9、表示。4.圆弧（圆顶） 在所要求或希望的斜率突变处出现的圆弧特征形式的失真。27 三、脉冲波形失真参数5.尖峰 在本来是规则的或所要求的脉冲形式上叠加一个持续时间较短的脉冲波形，这种失真叫尖峰。6.振铃 （减幅振荡）脉冲波形叠加的阻尼振荡形式的失真，这种失真通常发生在过渡时间之后。28 三、脉冲波形失真参数振铃顶线基线尖峰尖峰29 三、脉冲波形失真参数7.稳定时间（建立时间）上冲、圆顶和振铃达到特定的脉冲幅度（电平）量值所需时间，从脉冲前沿的（前过渡时间）90%幅度点开始计算（测量）。8.线性 Linearity （非线性）从脉冲幅度10%和90%两量值点相连的直线到前沿过渡曲线之间的最大垂直
10、峰值偏差或最大相对误差。30 三、脉冲波形失真参数9.倾斜（下垂） Tilt在整个脉冲顶或脉冲底上总斜率通常是不为零的常数，脉冲顶或脉冲底的这种失真叫倾斜，倾斜极性可正可负。倾斜是脉冲顶部倾斜或者底部倾斜相对于脉冲幅度的比值。脉冲倾斜e ew wA A31 三、脉冲波形失真参数10. 抖动（晃动） Jitter是脉冲序列里脉冲波形的时间特性，一般为时间间隔或持续时间相对于参考时间的不稳定性。最大的晃动值称为峰值抖动。也有使用脉冲宽度的晃动和周期、延迟的晃动来表示脉冲抖动特性的。脉冲抖动32 三、脉冲波形失真参数11.波动 Fluctuation脉冲序列里，脉冲波形的脉冲幅度或其他量值特性相对于
11、参考脉冲幅度或参考量值的不稳定性。 一般用峰峰值表示。脉冲波动33 四、复合波形参数1.双脉冲 Double Pulse可作为单个特征看待的，时间相邻极性相同的两个脉冲波形。双脉冲T34 四、复合波形参数2.双极性脉冲 Bipolar Pulse可作为单个特征看待的，时间相邻极性相反的两个脉冲波形。双极性脉冲T35 四、复合波形参数3.阶梯波 Staircase一般是等量值同极性阶跃的一种周期性有限序列。阶梯波36 第三节脉冲幅度确定方法v脉冲幅度的确定是脉冲波形测量、确定脉冲参数的基础，脉冲波形的许多参量都与上、下稳态电平（第一、二额定状态）的数值有关，如脉冲的上升时间、下降时间、预冲、过冲
12、、振铃等；因此测量脉冲幅度首先要确定脉冲上、下稳态电平。 v脉冲的上、下稳态电平由于脉冲波形的不规则很难确定，一般采用密度分布统计平均法或密度分布众数法来确定上、下稳态电平（顶部值、底部值）。37 一、密度分布统计平均法v基本方法是测定脉冲波形出现在某一电平上的密度分布的平均数。v将脉冲波形置于一方格图中，然后从高度为m的每一个水平元素中查出脉冲波形通过的小方格数，由不同水平元素和波形相交的方格数画出相应的量值分布图，由量值分布图中的两个最大值确定脉冲上、下稳态电平。38 一、密度分布统计平均法脉冲波表的密度分布图顶 值 频 数底值 频数m39 一、密度分布统计平均法每一个电压ui对应一行方格
13、，每一个小方格为一个单元，每一行中与波形相交的单元数称为频数用pi表示。脉冲幅度的顶值由顶部的各电压值的频数加权计算得到的。顶值ut可由下式计算得到：式中 ：A选取电压值所占的单元个数；ui在顶值附近部分选取的电压值，单位为V。Pi/A所选取的各点电压的权。40 二、密度分布众数法v以测定脉冲波形瞬时顶值出现的概率众数为基础，取波形上位置出现概率最大的点作为底部量值与顶部量值，即测出pt、pi的众数的量值，作为顶量值和底量值。v在底部与顶部持续时间较长的情况，这种方法和密度分布统计平均法的测量结果十分接近。 v用目测观察测量所显示被测脉冲幅度时，使用密度分布众数法分析比较方便。v密度分布统计平
14、均法适合于取样统计计算的场合，在大部 分的数字示波器里采用密度分布统计平均法计算脉冲幅度 值。41 第四节脉冲信号的频谱分析v脉冲信号的频谱是指在频域中观察脉冲信号，测量脉冲信号包含的频率分量的幅度分布情况。v了解常见脉冲波形的频谱分析结果，从而 深入理解脉冲在传输或变换中的各种特性和现象，有助于提高时域测量的准确度。42 一、周期信号的频谱分析用傅立叶分析方法，可以把任意一个周期信号分解为许多频率、幅度、相位不同的正弦波（余弦波），这些正弦波、余弦波的频率必定是基波频率f0的整数倍，基频信号f0称为基波，nf0的信号称为n次谐波。任何一个周期信号都可以展开成三角函数组合的无穷级数，称为傅立叶
15、级数。设周期函数为f(t), 其重复周期为T，角频率为0=2/T,则f(t)可展开为傅立叶级数43 在表达式中， 是周期信号的基波分量， 是三次谐波分量， 是五次谐波分量，当然还有七次、九次谐波等更高次谐波分量。一、周期信号的频谱分析对称方波的傅立叶级数的数学表达式为：式中： U0方波振幅，单位为V;0 基波角度频率，单位为rad44 一、周期信号的频谱分析也可以将基波、三次谐波、五次谐波等各次奇谐波叠加成为 一个对称方波。t基波和谐波叠加产生的脉冲波形 a)基波与三次谐波叠加波形； b）基波与三次、五次谐波叠加波 形 0(t)1(t)3(t)1(t)+3(t)0(t)5(t)1(t)+3(t
16、)1(t)+3(t)+ 5(t)ta）b)45 一、周期信号的频谱分析va）中叠加波形的过渡时间大于b）中叠加波形的过渡时间。v叠加波形中所含谐波次数越高，脉冲的过渡时间愈短。 当然所占带宽就愈宽。v被传输脉冲波形的过渡时间越短，则要求传输网络的频带宽度越宽。46 基波和三、五、七、九次谐波叠加产生的脉冲波形47 48 第五节脉冲参数间的转换关系一、脉冲上升时间与频带宽度在脉冲信号的分析中，信号的上升时间与频带宽度有一定的对应关系，脉冲上升时间愈短，包含的频谱分量愈丰富，谐波次数愈高，对应的频带宽度愈宽。一般情况脉冲的上升时间与频带宽度对应关系如下式当频率响应特性为RC积分网络时k=0.35；当频率响应特性为高斯型响应网络时 k=0.34。通常在实际应
