СКЗ является одним из наиболее распространенных параметров контроля и измерения. С математической точки зрения это среднеквадратическое значение непрерывно изменяющихся значений (сигнала). В частности, при количественной оценке мощности СКЗ упрощает расчеты, поскольку можно не учитывать полярность напряжения и направление тока.
При оценке качества сигналов тока или напряжения некоторые количественные параметры, такие как пиковые значения и частота, можно определить непосредственно по сигналу. Другие, например, мощность на вершине, требуется рассчитывать. Часто для расчетов удобнее всего использовать среднеквадратические значения (СКЗ). В аналоговых цепях вольтметр и амперметр можно использовать, чтобы применять квадратичную передаточную функцию и усреднение по времени для определения среднеквадратических значений. Однако такие цепи обычно имеют ограниченную полосу пропускания и непригодны для радиочастотных сигналов.
Осциллографы с быстродействующими АЦП позволяют преодолеть эти ограничения. Расчет СКЗ основывается на оцифрованных отсчетах и часто выполняется в осциллографе автоматически. Из-за отличий в реализации результаты могут различаться. Поэтому важно понимать методы и ограничения, чтобы выбрать наиболее эффективный подход и получить результаты с минимальными погрешностями. Осциллограф R&S®RTM2000 поддерживает три автоматизированных метода, каждый из которых обладает определенными достоинствами:
Расчет СКЗ по отсчетам АЦП
Измерение СКЗ цифровым осциллографом
Осциллографы осуществляют дискретизацию аналоговых сигналов с помощью АЦП. Полученное значение сохраняется в буферной памяти. Когда сигнал соответствует условиям запуска, отсчеты из буфера передаются в память для собранных данных для восстановления и отображения в окрестностях точки запуска. Осциллограф повторяет этот процесс, чтобы обновлять сигнал на экране для каждого нового набора значений, соответствующего условиям запуска. Чтобы измерять СКЗ, в осциллографах для расчетов используются отсчеты сигнала из памяти для собранных данных. Это стандартная функция измерения, которая предусмотрена почти во всех цифровых осциллографах. Поскольку данные поступают из памяти для собранных данных, скорость измерений может соответствовать скорости сбора данных сигнала.
Влияние параметров дискретизации осциллографа на измерения СКЗ
Поскольку измерения выполняются посредством памяти для собранных данных, на результат оказывают значительное влияние изменения метода дискретизации, например, из-за отличий прореживания и общей формы сигнала в памяти для собранных данных. Для достижения лучших результатов требуются повторяющиеся сигналы и надлежащие отсчеты. В режимах прореживания, когда отсчеты АЦП выборочно сохраняются в памяти, возможно уменьшение точности измерений и полосы пропускания. Некоторые архитектуры осциллографов предусматривают измерения с использованием отображаемых отсчетов (после формирования пикселов), что приводит к дополнительному ухудшению точности измерений СКЗ.
R&S®RTM-K32 и измерение СКЗ, показанное в блоке обработке
Опция цифрового вольтметра R&S®RTM-K32
В отличие от автоматических измерений, для которых используются отсчеты из памяти для собранных данных, R&S®RTM-K32 рассчитывает СКЗ непосредственно на основании отсчетов АЦП независимо от сбора данных сигнала. На результат не влияет форма сигнала или метод сохранения отсчетов в памяти собранных данных. АЦП прибора R&S®RTM2000 работает со скоростью 5 млрд отсчетов/с, поэтому цифровой вольтметр может измерять сигналы с частотой до 2,5 ГГц (частота Найквиста). Расчеты выполняются после каждого отчета АЦП, поэтому измерения возможны даже до завершения сбора данных.
Еще одно важное преимущество этого варианта заключается в том, что прибор R&S®RTM2000 оснащается АЦП для каждого канала. Цифровой вольтметр R&S®RTM-K32 выполняет до четырех параллельных измерений для каждого канала. Помимо измерения СКЗ он также может измерять постоянное напряжение, пиковую мощность, коэффициент амплитуды и частоту на основе отсчетов АЦП.
Точность цифрового вольтметра R&S®RTM-K32
Один из основных параметров вольтметра — это точность. Обычно точность определяется количеством разрядов в результате измерения. R&S®RTM-K32 использует непосредственно отсчеты АЦП и обеспечивает точность показаний амплитуды до трех разрядов и семь разрядов для частотомеров. Точности достаточно для большинства вариантов применения. Более важна универсальность, которая достигается благодаря нескольким каналам и одновременным измерениям параметров.
R&S®ProbeMeter
Для достижения более высокой точности пользователь может использовать вольтметр R&S®ProbeMeter. Он оснащается 24-разрядным АЦП, чтобы получить точность измерения постоянного напряжения 0,1 %. Как показано на рисунке ниже, R&S®ProbeMeter не использует входной АЦП осциллографа, чтобы не зависеть от настроек канала прибора, и всегда обеспечивает полный динамический диапазон при измерениях.
Осциллограф R&S®RTM2000 предоставляет несколько вариантов для измерения СКЗ. Встроенную функцию автоматических измерений легко включать, но ее возможности ограничиваются повторяемостью сигнала, частотой дискретизации и прореживанием. Опция цифрового вольтметра R&S®RTM-K32 предусматривает альтернативное непосредственное использование дискретизированных данных АЦП для улучшения измерений СКЗ с частотой дискретизации 5 млрд отсчетов/с и возможностью одновременного выполнения четырех измерений для напряжения и двух для частоты. Если требуется более высокая точность, пользователи могут применять активные пробники Rohde & Schwarz, которые оснащены функцией вольтметра R&S®ProbeMeter, для получения беспрецедентной точности 0,1 % во всем динамическом диапазоне пробника.
