我們?cè)?a href="http://www.www27dydycom.cn/soft/data/50-103/" target="_blank">測(cè)試測(cè)量工作中往往需要描述所有周期性信號(hào)，這時(shí)我們會(huì)使用幅度和相位來進(jìn)行，那么信號(hào)通過電路網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須計(jì)算信號(hào)的相位變化，這時(shí)我們可以使用示波器測(cè)量相位變化。

周期性波形的相位描述了某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的特定位置，圖1標(biāo)出了一些重要的相位點(diǎn)：最大幅度，最小幅度以及正向和負(fù)向過零點(diǎn)，波形的相位是周期性的，波形的完整周期被定義為具有360°或2π弧度的相位。

圖1周期性正弦波上的重要相位點(diǎn)是峰值和過零點(diǎn)

相位差或相位角是兩個(gè)相位點(diǎn)之間的相位差，通常在具有相同頻率的兩個(gè)不同波形上，通常，我們對(duì)信號(hào)通過電路、線纜、連接器或PCB之前和之后的相位差感興趣。具有超前相位的波形具有比其相對(duì)波形更早出現(xiàn)的特定相位點(diǎn)，當(dāng)信號(hào)通過一個(gè)電容時(shí)就是這種情況：輸出電流將比輸出電壓超前90o，相反，具有滯后相位的波形具有比相對(duì)波形更晚出現(xiàn)的相位點(diǎn)，如果兩個(gè)信號(hào)的相位相差180°，則說兩個(gè)信號(hào)相反，相位相差±90°的信號(hào)是相位正交的。

使用延遲時(shí)間測(cè)量的相位差

通過找到兩個(gè)波形之間的時(shí)間延遲及其周期，可以在示波器上測(cè)量相位差，可以使用示波器的光標(biāo)完成此操作。如圖2所示，其中相對(duì)光標(biāo)測(cè)量?jī)蓚€(gè)10 MHz正弦波的最大值之間的時(shí)間差，屏幕右下角的光標(biāo)時(shí)間讀數(shù)顯示延遲為10 ns，也可以使用光標(biāo)測(cè)量周期，相位差（以度為單位）可使用以下公式確定：Φ = td/tp ×360 = 10 ns/100 ns × 360o = 36o其中：td是波形之間的延遲，tp是波形的周期

圖2使用示波器光標(biāo)測(cè)量?jī)蓚€(gè)波形上相同相位點(diǎn)之間的時(shí)間延遲

這種技術(shù)延續(xù)于模擬示波器，也適用于數(shù)字示波器（DSO），但測(cè)量精度非常依賴于光標(biāo)的手動(dòng)放置。

相位測(cè)量參數(shù)DSO

通過直接提供相位測(cè)量參數(shù)來簡(jiǎn)化相位測(cè)量，基于測(cè)量波形的延遲和周期，可以設(shè)置每個(gè)波形的測(cè)量閾值和斜率，相位測(cè)量與前一部分中使用的方法相同，應(yīng)用插值以確保測(cè)量的相位點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，使用示波器內(nèi)置測(cè)量參數(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它避免了光標(biāo)放置的錯(cuò)誤，相位可以以度、弧度或周期百分比為單位讀出，圖3提供了相位測(cè)量的示例。

圖3使用相位測(cè)量參數(shù)：參數(shù)P1（左下角）顯示帶有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的相位信息使用屏幕左下角的參數(shù)P1執(zhí)行相位測(cè)量，示波器執(zhí)行進(jìn)行“所有數(shù)據(jù)”測(cè)量，這意味著示波器會(huì)測(cè)量采集的屏幕上每個(gè)周期的相位，可用的大量相位測(cè)量支持測(cè)量統(tǒng)計(jì)，如圖3所示，測(cè)量統(tǒng)計(jì)顯示最近的測(cè)量，所有測(cè)量的平均值、最大值和最小值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包含的測(cè)量數(shù)量。關(guān)鍵的統(tǒng)計(jì)讀數(shù)是平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，平均值是所有測(cè)量值的平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差是測(cè)量中不確定度的度量，在此示例中，平均值為36o，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.747o。該測(cè)量中的大部分不確定性是波形上垂直噪聲的函數(shù)，平均值通過平均測(cè)量值來降低噪聲，通過降低示波器前端的帶寬可以進(jìn)一步降低噪聲。

動(dòng)態(tài)相位測(cè)量

有時(shí)相位差不是靜態(tài)的，需要表征信號(hào)相位變化，例如相位調(diào)制載波，這種類型的測(cè)量依賴于參數(shù)時(shí)序測(cè)量的“所有數(shù)據(jù)”特性，測(cè)量波形的每個(gè)周期的相位?？梢允褂泌厔?shì)圖或追蹤圖顯示動(dòng)態(tài)信息，趨勢(shì)圖是將所有測(cè)量值組合在一起的波形。另一方面，追蹤圖將測(cè)量值繪制為時(shí)間的函數(shù)，與源波形保持時(shí)間同步。因此，如果其中一個(gè)波形是相位調(diào)制的，可以獲得瞬時(shí)相位的逐周期圖，如圖4所示。圖4中上部波形C1是10MHz載波，通過100kHz正弦波進(jìn)行相位調(diào)制（PM），波形C2（從頂部開始的第二個(gè)）是10MHz正弦波，沒有調(diào)制。相位測(cè)量參數(shù)讀取兩個(gè)波形之間的相位差，測(cè)量的每周期相位差繪制在從頂部向下第三個(gè)波形（F1）中作為相位測(cè)量參數(shù)的追蹤圖，并且示出相位差與時(shí)間的關(guān)系，實(shí)質(zhì)上，這解調(diào)了PM波形。請(qǐng)注意，除了打開測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)外，示波器還會(huì)顯示相位參數(shù)的histicon（直方圖圖標(biāo)），該histicon顯示了相位值直方圖的微縮版本，指向histicon并單擊結(jié)果，在底部顯示相位差的滿量程直方圖，直方圖將幅度范圍分成用戶設(shè)定的“箱”數(shù)。繪制每個(gè)箱內(nèi)的測(cè)量值的數(shù)量（垂直標(biāo)度）與測(cè)量值（水平標(biāo)度）的關(guān)系，鞍形直方圖是典型的正弦信號(hào)，追蹤圖中的臺(tái)階數(shù)和直方圖中的間隙是源波形的每個(gè)周期的相位差值保持固定值的結(jié)果。

圖4利用參數(shù)Track功能（波形F1）進(jìn)行動(dòng)態(tài)相位差測(cè)量，以顯示作為時(shí)間函數(shù)的相位差周期變化相位參數(shù)讀出的最小值和最大值提供整個(gè)調(diào)制周期內(nèi)的相位偏移的范圍。

其他相位測(cè)量技術(shù)

相位參數(shù)在時(shí)域中測(cè)量相位，并且依賴于檢測(cè)穿越用戶設(shè)定電壓閾值的波形轉(zhuǎn)變，來自信號(hào)源和示波器本身的附加垂直噪聲限制了該測(cè)量的準(zhǔn)確性，可以通過限制示波器的帶寬來提高信噪比，從而使測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差值更小，從而獲得更準(zhǔn)確的讀數(shù)，通過進(jìn)行多次測(cè)量并使用測(cè)量的平均值而不是瞬時(shí)值來進(jìn)一步提高精度。還可以通過計(jì)算輸入信號(hào)頻率處的單點(diǎn)離散傅立葉變換（DFT）并讀取FFT的相位來在頻域中進(jìn)行相位測(cè)量，這是示波器可選的測(cè)量參數(shù)窄帶相位（nbph），圖5同時(shí)顯示了使用相位參數(shù)和nbph測(cè)量相位差， Nbph在參數(shù)光標(biāo)之間波形數(shù)據(jù)的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)處讀取指定頻率的信號(hào)的相位，如果參數(shù)光標(biāo)在其默認(rèn)位置，則將讀取波形數(shù)據(jù)中第一個(gè)點(diǎn)的相位，由于我們對(duì)兩個(gè)信號(hào)之間的相位差感興趣，因此需要進(jìn)行兩次nbph測(cè)量，在圖5中，我們分別使用P2和P3測(cè)量C1和C2波形的nbph，使用參數(shù)函數(shù)在P4中取得相位差，得到nbph差值為36.000o，相位參數(shù)讀數(shù)為35.993o。注意，nbph測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯低于相位參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，這是因?yàn)閷?duì)于1000周期的采集長(zhǎng)度，nbph測(cè)量具有更窄的測(cè)量帶寬（105kHz），請(qǐng)記住，nbph是一個(gè)示波器可選參數(shù)。

圖5比較nbph和相位測(cè)量參數(shù)的相位差測(cè)量結(jié)果，顯示nbph方法的性能稍好一些經(jīng)典的相位測(cè)量- Lissajous模式對(duì)于那些曾經(jīng)使用過模擬示波器的工程師，可能還記得使用經(jīng)典的Lissajous模式來測(cè)量相位差，可以通過在示波器的X-Y顯示上交叉繪制兩個(gè)波形來測(cè)量，如圖6所示，在該圖中，通道1（C1）上的波形提供水平或X軸，通道2（C2）提供垂直偏轉(zhuǎn)，Lissajous模式通過X-Y圖的形狀表示相位差，直線表示相位差為0o或180o，而圓圈表示相差90o，相位差處于這些值之間時(shí)顯示為橢圓，并且通過測(cè)量最大垂直偏轉(zhuǎn)和水平偏轉(zhuǎn)為0時(shí)的垂直偏轉(zhuǎn)來確定相位，在圖6中，用光標(biāo)在X-Y圖上標(biāo)記這兩個(gè)位置。

圖6使用經(jīng)典的Lissajous模式可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦波之間的相位差光標(biāo)還會(huì)追蹤顯示X和Y波形的信息，2個(gè)通道描述符中的光標(biāo)讀數(shù)顯示了計(jì)算相位差所需的值。Φ2 - Φ1 = ±sin ?1 （Yx=0/Ymax） 橢圓頂部位于第一象限Φ2 - Φ1 = ±［180-sin ?1（Yx=0/Ymax） 橢圓頂部位于第二象限在本示例中，Ymax 等于150 mV， Y X=0 等于 89.1，橢圓的頂部位于第一象限：Φ2 - Φ1 = ±sin ?1 （89.1/150） = ± sin ?1 （0.594） =36.44oLissajous模式仍然可以用在現(xiàn)代數(shù)字示波器上，如圖6所示。這種方法的準(zhǔn)確性取決于光標(biāo)的位置，但它以直觀的方式產(chǎn)生了合理的結(jié)果。

總結(jié)一下：DSO提供多種測(cè)量相位差的技術(shù)，時(shí)域中的直接測(cè)量支持相位的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量?；陬l域的nbph為靜態(tài)相位測(cè)量提供了更準(zhǔn)確的結(jié)果，但需要可選的軟件。

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