测量时间间隔的方法和技巧

时间间隔包括两种情况:一种是同一信号任意两点间的时间差(如脉冲宽度、脉冲上升或下降时间等);另一种是两信号之间的时间差(相位差)。

1.示波器测量脉冲宽度、上升、下降时间

在脉冲信号中,脉冲宽度也称为脉冲持续时间,是指脉冲从上升沿的脉冲幅度的50%到下降沿的脉冲幅度的50%之间的时间,记为tp;脉冲上升时间和下降时间分别是脉冲的上升沿和下降沿幅度的10%～90%之间的时间间隔,分别记为tr和tf,如图4.3.3所示。示波器测量脉冲信号这些时间参数的方法与测量周期的方法相同,还可以将此方法推广到同一波形任意时间间隔的测量。如图4.3.4(a)所示,图中波形上A、B两点的时间tAB为

若A、B分别为脉冲信号上升、下降沿的中点,则所测时间间隔即为脉冲宽度tp,如图4.3.4(b)所示;若A、B分别为脉冲信号上升沿上10%幅度和90%幅度的位置,则所测时间间隔即为脉冲上升时间tr,如图4.3.4(c)所示;同理测脉冲下降时间。

图4.3.4　示波器测量有关时间参数

在测量脉冲上升或下降时间时应注意示波器垂直通道自身固有的上升时间,这对测量结果有影响。当被测脉冲的上升(或下降)时间比示波器上升时间大三倍以上时,被测脉冲的上升(或下降)时间可以由上面的方法直接测得,否则应按下式计算求得脉冲的上升(或下降)时间

式中,tr为被测脉冲实际上升(或下降)时间,t为示波器读数计算得到的上升(或下降)时间,ts为示波器自身的上升时间。

2.示波器测量两个信号的时间差

用双踪示波器测量两信号的时间差,这两个信号的周期应该有整数倍的关系,否则无法测量。一般情况下,测两个信号的时间差是在相同周期的两个信号之间进行。(www.xing528.com)

图4.3.5　示波器测量两信号的时间差

将被测的两个周期相同的信号分别输入两个通道,采用双踪显示方式,将两信号中幅度大的作为内触发源,调节相关旋钮使波形显示稳定且便于观察,可以利用水平位置调节将任一被测波形的起始点移到荧光屏左端的某一刻度线上,读出两被测信号相同相位点的水平距离,根据距离和相应的灵敏度即可计算得两被测信号的时间差,如图4.3.5所示。如果有标尺读数功能的示波器,可以将两个时间轴上的标尺分别移动到A和B两点,示波器自动读出两点之间的时间差。

目前数字示波器可以直接测量出两个信号之间的相位差。

3.电子计数器测量脉冲宽度、上升时间、下降时间和两个信号的时间差

电子计数器不仅可以用来测量一个周期信号的周期,还可以测量脉冲信号的宽度、占空比、上升时间和下降时间,这些功能的基础就是测量两个信号上任意两点之间的时间间隔量,电子计数器测量时间间隔的原理如图4.3.6所示。

图4.3.6　电子计数器测量时间间隔原理

时间间隔的测量需要电子计数器具有两个辅助通道B1和B2,只有一个辅助通道的计数器,在测量时间间隔时要再用一个测量时间间隔的插件来配合使用。测量时,晶体振荡器产生频率为f0的标准信号,经A通道放大整形后形成一个周期为T0的标准脉冲序列。需要测量时间间隔的两个信号分别送入辅助通道B1和B2,通道B1将输入信号1整形为脉冲波1后,连接触发器的S端,在脉冲波1的有效电平到来时,S=1使触发器置位Q=1,将主控门打开,随后Q的值保持不变。B2通道将输入信号2整形为脉冲波2后,连接触发器的R端,在脉冲波2的有效电平到来时,R=1使触发器复位Q=0,将主控门关闭,随后Q的输出值不变,完成一次对主控门的控制。在主控门开启的时间内,A通道的标准脉冲通过,送入计数器进行脉冲计数,得到标准脉冲个数N,显然主控门开启的时间TB1-B2就是被测量的时间间隔,其值为

电子计数器的B1和B2通道内还分别设有极性选择和电平调节旋钮,可以选择两个输入信号的上升沿或下降沿上某一点作为时间间隔的起点和终点,因而可以测量两输入信号上任意两点的时间间隔TB1-B2。若需要测量脉冲信号的脉冲宽度,则B1和B2通道接同一个被测信号,B1通道选择触发极性为“+”,也就是上升沿触发,触发电平为50%,B2通道选择触发极性为“-”,也就是下降沿触发,触发电平为50%,测出的TB1-B2就是脉冲宽度;如果B1通道选择触发极性为“+”,触发电平为10%,B2通道选择触发极性也为“+”,触发电平选择90%,测出的TB1-B2就是上升时间;如果B1、B2通道都选择触发极性为“-”,触发电平分别为10%和90%,则测出的TB1-B2就是下降时间。