平均模式是示波器采集系统中基本降噪的信号处理技术之一。通过使用两次或两次以上采集的数据,对采集的数据点采用逐点平均的方法,形成输出波形。平均模式改善了信噪比,降低了与触发无关的噪声,提高了垂直分辨率,可以更简便地观察重复信号。
计算平均波形的传统方法是先简单地加总所有采集中的对应样点,然后除以采集次数。但是,这种方法要一直等到采集了所需的全部N 个波形之后,才能显示平均值。耽误的时间对大部分用户是不可接受的,采集数据量会迅速超出示波器的内存容量。
AN = (1 / N) * (x0 + x1 + x2 + … + xn-1)
其中:AN 是平均模式的采集的点
N 表示请求的平均总数
xn 是n 次采集的点
n 表示采集次数
当然可以修改传统的平均算法,每次在采集另一个波形时立即显示结果,解决显示平均后的波形所延误时间的问题。但是,数据存储问题依旧没有得到解决。稳定的平均算法为:
an = (1 / n) * (x0 + x1 + x2 + … + xn-1)
其中:an 是当前平均采集的点
xn 是新采集n 个的点
n 表示采集次数
注意,为了得到具体N 次采集的加总平均值,只需把示波器置入Single Sequence ( 单次序列) 模式。在这种模式下,在n 到达N 时,采集会停止,平均的波形中包含着具体N 个采集的波形。
泰克示波器采用指数平均算法,可以在每次采集后立即更新和显示波形,这大大降低了要求的存储容量。指数平均模式采用下面的公式,从新采集xn 和之前平均波形an-1 中得到新的平均的波形an:
an = an-1 + (1/p)*(xn - an-1) = an-1 * ((p - 1) / p) + (xn / p)
其中:n 表示采集次数
N 表示请求的平均总数
an 是平均的采集中新的点
an-1 是过去平均的采集中的点
xn 是新采集的点
p 是平均因数
如果(n
这两种算法都可以立即显示波形中一致的趋势效应。您可以在低速信号中看到这一点。如果信号是稳定的,那么您会看到前N 次采集中噪声连续下降。在N 次采集后,信号仍将变化,但整体降噪或垂直分辨率不再有改观。平均功能提高了信号的垂直分辨率,对于周期稳定的波形非常有效。对于周期及幅值都变化的波形如何提高测试精度呢?请看下面的方法。
图4. 平均模式在多次采集中计算每个记录点的平均值
②高分辨率模式
HiRes 模式是泰克已获专利的采集方式,它计算并显示每个采样间隔中所有顺序样点值的平均值。这种模式提供了一种方法,用过采样获得与波形有关的进一步信息。在HiRes 模式下,通过获得进一步水平采样信息,可以提供更高的垂直分辨率,降低带宽和噪声。HiRes 处理在定制硬件中完成,以最大限度地提高速度。HiRes 模式较平均模式的一个关键优势,是即使单次采集也可以使用HiRes 模式。
图5. HiRes采集模式计算每个采集间隔中
所有样点的平均值