連結應用程式　示波器運算效率再升級

結合應用程式提高運算效率
 

以傳統的方式(圖1上)而言，示波器負責擷取訊號，PC負責波形運算與分析，所以工程師必須將示波器所擷取的波形儲存成文字檔(Txt格式)，再將檔案移至PC的應用軟體執行運算，示波器似乎只當成數位化工具(ADC)，此方式須花費時間存取資料，且波形皆表現單一次擷取事件。
 

高效率方式結合示波器與應用程式(圖1下)，由示波器直接開啟應用程式，如Visual Basic、Matlab、Mathcad、Execl運算工程師所指定的波形，再將分析結果顯示於螢幕上，若示波器持續擷取訊號，運算結果亦會持續更新，此整合結果可提高工作效率與排除人為錯誤，便利性遠超出傳統示波器帶來的好處。

圖1　傳統與現今示波器使用方式之比較

快速傅立葉轉換
 

工程數學關於快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform, FFT)章節，已討論到頻譜分析的內容，本文不涉及太困難的理論與公式，僅須記下此理論基礎運用於示波器領域是「任何波形均可用正弦波重組」，此話是代表無論波形如何複雜，它可被拆解成眾多不同頻率之正弦波，將這些正弦波形重組即可還原成原來的波形，目前市面上銷售之數位示波器皆配備快速傅立葉轉換，若輸入1kHz弦波，在頻譜裡會看到一個主頻，即1kHz，此功能即可透過頻譜發現方波是由哪幾個正弦波訊號組成(圖2、3)。

圖2　示波器於波道1輸入一個1kHz正弦波，因此在頻譜圖可觀察到1kHz的頻率。

圖3　示波器於波道1輸入一個1kHz方波，則應可拆解成1kHz、3kHz、5kHz、7kHz、9kHz、11kHz、13kHz等正弦波。因此在頻譜圖裡可觀察到1k、3k、5k、7k、9k等頻率。

示波器若配備進階運算功能XDEV可執行客製化波形運算，如圖4開啟示波器運算功能選單，於左側目錄多一項支援客製化之波形計算，其中包含Excel Math、Fast Wave Port、Math Script、Mathcad Math、Matlab Math，此運算功能可計算示波器之任一輸入波道波形或經過運算後之波形，若示波器選擇Visual Basic程式語言運算波形(圖5)，按壓編輯密碼(Edit Code)按鍵進入語法編輯器，此時工程師可執行手動編輯，或載入已編輯完成之副檔名為*.vbs之VB檔案執行運算(圖6)，此外示波器更可同時執行四組波形運算(圖7)，大大提高方便性。

圖4　示波器圖形化操作選單，左側是目錄分類，進階數學運算是客製化，然後再選擇應用程式，如Math Script。

圖5　如示波器運算選單，於Operator1內選擇程式語言，於右側運算選單標示目前Script Status執行狀態，若要編輯則按鍵編輯密碼進入語言編輯器。

圖6　示波器的程式語言編輯視窗，可透過此編輯視窗撰寫程式語言，所以喚起運算選單語法立即被執行，此為VB範例。

圖7　上方波形為示波器運算輸入訊號之FFT結果，水平軸單位是頻率，十進制單位，下方波形是經過進階運算功能運算所獲得之波形，水平軸以10為底之對數單位，兩者可同時在畫面上顯示。

．	示波器水進階運算範例之一
	為平單位由十進位轉換成對數單位，程式語言範例如表1。 表1　水平單位由十進位轉換成對數單位的程式語言範例

．	示波器進階運算範例之二
	示波器水進階運算範例之二為解譯串列數據，其程式語言範例如表2。 表2　解譯串列數據的程式語言範例

不歸零編碼(Non-Return to Zero , NRZ)訊號採用兩種電壓位準(高或低)呈現訊號邏輯為1與訊號邏輯0(圖8)，一般示波器可以擷取與觀察此類波形，但無法解譯此訊號，因此進階波形數學運算可以完成上述的解譯訊號目的(圖9)。

圖8　示波器波形F1是一筆NRZ串列數據，P1參數是TIE@lv(Time Interval Error)，選單內之虛擬時脈(Virtual Clock)計算出此訊號之資料傳輸速率是2.488Gbit/s之OC-48資料串。

圖9　示波器進階波形計算功能顯示出波形編碼後結果–F2是客製化波形運算功能，採用Matlab Script自動解譯每一個位元，此演算式讀取TIE參數所設定之資料傳輸速率去判別每一位元的界線，演算法經過每一波形的邊緣，即登錄此串列波形之邏輯位元，逐一執行後，解譯後之數位編碼與統計結果將被顯示於檔案上。