数字存储示波器瞬态响应的不确定度评定

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中图分类号：TQ597.91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0171-01

示波器是用于观测各类电信号的一种专用性仪器，数字存储示波器是可将被测模拟信号进行模数转换、存储，再以数字或模拟信号方式进行显示的一种示波器。依据JJF1057-1998《数字存储示波器校准规范》规定的校准方法，对该仪器的瞬态响应进行校准结果不确定度评定。

一、概述

1.环境条件

（1） 供电电源：交流供电电压：（220±11）V；频率：（50±1）Hz。

（2） 环境温度：（20±5）℃。

（3） 相对湿度：≤80%RH。

（4） 大气压强：（86～106）kPa。

（5） 周围环境：无外界电磁场干扰和机械振动的影响。

2.测量标准名称：

测量标准：9500B示波器校准器。

快速沿脉冲技术指标：

负载电阻：50？，电压范围：4.44mV-3.1V，输出脉冲频率：10Hz-1MHz，幅值准确度：±2%，上升/下降时间：150ps，名义值准确度：±25ps；

3. 被测对象：

泰克DPO4104型数字存储示波器，范围：1mV/div～10V/div，上升时间：350ps，带宽：1GHz。

4.测量方法

接线如图1，选定数字存储示波器的测量通道及量程，置非自动量程测量模式。设置通道为直流耦合。示波器校准器与被校数字存储示波器匹配连接。

设置通道采集数据个数n≥1000。

调整被叫数字存储示波器的时基和触发，是信号稳定显示。

调节直流偏置和信号幅度，使输入阶跃脉冲信号的底值和顶值之间的部分居中覆盖约80%屏幕。

调节通道采集速率（时基），直到脉冲前沿上升时间tr能准确读取。读取图2所示tr、A、b、c各值。数字存储示波器的瞬态参数按式（1）、（2）分别计算：

过冲：

（1）

顶部不平度：

（2）

二、瞬态响应标准不确定度评定

以1MHz，200mV/div？5为例

1.数字存储示波器瞬态响应测量重复性引入的标准不确定度的评定

分别测量示波器tr、A、b、c各值，每个值重复连续测量10次，测量数据如表1所示。

标准差为：

s==2.214ns

s==0.015mV

s（==0.703mV

s==0.166mV

测量结果取单次标准偏差，则测量示值重复性引入的不确定度相对值

2.示波器校准器引入的标准不确定度的评定

根据9500B示波器校准器技术说明书，电压范围为4.44mV-3.1V时，输出脉冲频率在10Hz-1MHz，上升/下降时间为150ps，引入误差

按均匀分布处理，k=，此项引入的不确定度分量为：

幅值准确度为±2%，所以区间半宽度a=2%，按均匀分布处理，k=，此项引入的不确定度分量为：

3.数字存储示波器分辨力引入的标准不确定度的评定

由54610B数字存储示波器说明书可知，该示波器分辨力为8位，可计算其读数分辨力为，区间半宽度a=，按均匀分布处理，k=，此项引入的不确定度分量为：

4.各瞬态响应参数测量的合成标准不确定度的评定

由于各个不确定度分量不相关，上升时间的相对合成标准不确定度为：

波形幅度A的相对合成标准不确定度为：

波形幅度b的相对合成标准不确定度为：

波形幅度c的相对合成标准不确定度为：

因此：

三、扩展不确定度估算：

取包含因子k=2，扩展不确定度为：

四、瞬态响应测量结果的不确定度的报告与表示

上升时间：

过冲：

顶部不平度：

参考文献

[1] JJF1057-1998数字存储示波器校准规范.北京：国家质量技术监督局.

[2] JJF1059-1999测量不确定度评定与表示.北京：国家质量技术监督局.