降低雜訊-示波器Average Acquisition-讓波形較平滑

波形上總是有些許的雜訊跳動,若要將降低雜訊,可以將示波器資料擷取設定在average acquisition,這樣就能讓波形看起來”稍微”清楚一些。

降低雜訊-使用Average Acquisition

不知各位是否有測量過DC ripple,由DC to DC電路產生的雜訊通常會嚴重影響輸出電壓的品質,若我們要測量ripple的峰值電壓,又不希望被忽大忽小的雜訊干擾,此時Average acquisition是個不錯的選擇。

下圖是個範例,針對波形做多次擷取,以下圖為例它擷取了4次,會得到相同的訊號波形,但雜訊每次都會不同,透過Average可以將擷取的多條波形相加求平均值,可以有效地消除雜訊,讓你看到清楚的訊號的原本樣貌,Average越多次訊號越平滑,但是相對螢幕更新率也越慢。

降低雜訊-使用average將每次的軌跡平均
降低雜訊-使用average將每次的軌跡平均

優點

它能夠有效消除顯示的雜訊,讓你更清楚的觀察訊號。

缺點

注意! 由於是每次trigger的波形它都會拿來平均,所以它只能用在週期訊號,只有週期訊號每次trigger出現的波形才會一樣。若timebase過慢,導致波形全擠在一起,互相平均的結果就是波形震幅會有失真的現象,振福看起來會變小甚至消失。

移動平均/算術平均

有讀者們很細心,提到trace的平均到底是移動平均Moving average還是算術平均Arithmetic average? 這要分辨很容易,只要拿示波器本身產生的1KHz方波測試一下就會知道。

若為移動平均,它是將同一批擷取資料的最近N個點做平均,因此在波形的上升緣與下降緣的地方會形成一條斜線,而不是方波原本的陡峭邊緣。但我認為若採用移動平均會造成相位差,這對量測來說是有問題的。

若為算術平均,如上開的圖,它是將最近N個取樣trace做平均,因此波形在呈現上仍舊是陡峭的方波邊緣,但若以單點point(相同取樣位置)來說,某個point在N次取樣的時間軸上,它是移動平均。

我們直接來做個實驗,若將N調大一些,當我把訊號接上或移除的那幾秒鐘,螢幕上的方波會緩升或緩降。經過實驗,我這台示波器的acq Avg是採用算術平均。

當然,要儲存N條trace的資料,需要記憶體,我想最近這幾年的記憶體很便宜,應該不是問題。

實機操作

下面的影片顯示了平均次數越多,就越能消除雜訊。若Zoom out過頭讓波形都擠在一起,trace會看起來像一條沒有訊號的線,那是因為zoom out範圍太大,而記憶體有限,所以取樣率必須要下降,所以無法每次都剛好取到peak值,波形的波動程度就會變小,再搭配average的效果,又更平坦了。

所以太極端的設定會讓我們看到失真的波形,適當的time base與acquisition設定才能看到正確的波形振福。

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5 Comments

  1. 不曉得你的示波器是怎樣的, ㄧ般設定平均時都是用點(point)數當單位, 也就是移動平均, 並不是把很多條trace拿來平均, 拿4條平均就需要使用4倍記憶體了, ㄧ般示波器的記憶體沒這麼大, 而有的示波器可以設定到很多點(~16384), 是否要檢視一下你的解釋是否有問題?

    • 我試了一下, 我確定acq Avg N次, 是採用最近N條trace的算數平均
      因為輸入方波, N=2048之後, 它還是方波
      若是以單條trace上的point做移動平均, 波形應該會呈現梯形or三角波

      但在N軸, 也就是次數軸上, 它確實是移動平均
      所以接上方波訊號之後, 波形會緩升
      移除訊號, 波形會緩降

      至於您說的, 示波器的記憶體有限, 它要如何記錄N條trace
      這我還真不知道它怎麼做到的
      可能記憶體很便宜, 它硬幹吧!

      實驗如下

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