脈衝寬度調製（PWM）是一種對模擬信號進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調製用來對一個具體模擬信號進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要麼完全有（ON），要麼完全無（OFF）。電壓或電流是以一種通（ON）或斷（OFF）的(de)重(zhong)複(fu)脈(mai)衝(chong)序(xu)列(lie)被(bei)加(jia)到(dao)模(mo)擬(ni)負(fu)載(zai)上(shang)去(qu)。通(tong)的(de)時(shi)候(hou)即(ji)是(shi)直(zhi)流(liu)供(gong)電(dian)被(bei)加(jia)到(dao)負(fu)載(zai)上(shang)的(de)時(shi)候(hou)
，斷(duan)的(de)時(shi)候(hou)即(ji)是(shi)供(gong)電(dian)被(bei)斷(duan)開(kai)的(de)時(shi)候(hou)。隻(zhi)要(yao)帶(dai)寬(kuan)足(zu)夠(gou)，任(ren)何(he)模(mo)擬(ni)值(zhi)都(dou)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)PWM進(jin)行(xing)編(bian)碼(ma)。而(er)占(zhan)空(kong)比(bi)就(jiu)是(shi)高(gao)電(dian)平(ping)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)與(yu)整(zheng)個(ge)周(zhou)期(qi)時(shi)間(jian)的(de)比(bi)值(zhi)，占(zhan)空(kong)比(bi)越(yue)大(da)，高(gao)電(dian)平(ping)持(chi)續(xu)的(de)時(shi)間(jian)越(yue)長(chang)，模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)開(kai)通(tong)的(de)時(shi)間(jian)就(jiu)越(yue)長(chang)，如(ru)圖(tu)1所示。

 

圖1.占空比含義

 

 

要測量占空比趨勢首先要測量占空比，占空比測量方法是使用超高速ADC采樣PWM波形
，然後通過可編程邏輯器件FPGA測量高電平脈寬t和周期T計算出占空比。占空比趨勢測量則是對每一個PWM波的占空比測量並存儲下來，最後顯示在屏幕上，如圖2所示。一個PWM波對應一個占空比值
，顯示在屏幕上並且連線
，這樣就可以很直觀的看到所有PWM波形的占空比變化趨勢。

 

圖2.占空比趨勢測量

 

示波器的(de)存(cun)儲(chu)深(shen)度(du)對(dui)占(zhan)空(kong)比(bi)趨(qu)勢(shi)測(ce)量(liang)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da)
，所(suo)謂(wei)趨(qu)勢(shi)趨(qu)勢(shi)，即(ji)是(shi)長(chang)時(shi)間(jian)的(de)變(bian)化(hua)動(dong)向(xiang)
，如(ru)果(guo)存(cun)儲(chu)深(shen)度(du)小(xiao)，那(na)麼(me)所(suo)記(ji)錄(lu)的(de)時(shi)間(jian)就(jiu)很(hen)短(duan)，采(cai)樣(yang)的(de)波(bo)形(xing)也(ye)就(jiu)很(hen)少(shao)，對(dui)於(yu)分(fen)析(xi)趨(qu)勢(shi)就(jiu)沒(mei)有(you)意(yi)義(yi)。目(mu)前(qian)ZDS4000係列示波器存儲深度高達512Mpts
，可以在高采樣率下存儲數十秒的波形，比較適合分析信號變化趨勢。

 

 

某使用PWM波形驅動的直流電機在加速過程中存在微小抖動情況，觀察電機轉速波形如圖3所示，開始加速後大約在3.6秒轉速出現一個下拉動作。電機PWM調(tiao)速(su)原(yuan)理(li)是(shi)通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)接(jie)通(tong)脈(mai)衝(chong)的(de)寬(kuan)度(du)，使(shi)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)電(dian)樞(shu)上(shang)電(dian)壓(ya)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)改(gai)變(bian)，從(cong)而(er)改(gai)變(bian)電(dian)樞(shu)電(dian)壓(ya)的(de)平(ping)均(jun)值(zhi)，控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)。因(yin)此(ci)基(ji)本(ben)可(ke)以(yi)確(que)定(ding)這(zhe)個(ge)轉(zhuan)速(su)下(xia)拉(la)動(dong)作(zuo)是(shi)由(you)於(yu)PWM波占空比出現異常引起的。

 

圖3.電機轉速異常

 

為了確定具體的問題，使用ZDS4000係列示波器采樣電機啟動後的PWM波形，設置為單次上升沿觸發，采樣時間大概為7秒
，波形如圖4所示，由於采樣的時間長，波形多，完全是密密麻麻

，什麼細節都看不到，開啟測量和統計功能，可以看到信號周期

、頻率、占空比Current
、Max、Min和相關計算值，但是還是找不到異常的占空比波形。

 

圖4.PWM波形和測量

 

這個時候用ZDS4000係列示波器新開發獨特的占空比趨勢測量功能，將每一個PWM波的占空比顯示在屏幕上，點擊示波器數學運算Math按鍵
，模式選擇趨勢圖，類型選擇占空比，示波器會自動檢測PWM波的周期和閾值，無需過多設置，就可以快速出波形，波形如圖5所示。屏幕上除了通道1，還多了MATH通道，顏色為紫色，MATH通道顯示的即是占空比趨勢，可以看到占空比緩慢遞增後大約在屏幕中間位置出現了異常。和通道1一樣，MATH通道也可以調節垂直檔位和偏移。

 

圖5.占空比趨勢波形

 

定位到占空比異常位置後，開啟示波器縮放模式下ZOOM多窗口顯示功能，對信號進行局部放大，如圖6所示，可以清晰的看到占空比異常的細節，同時開啟對ZOOM1窗口數據的測量和統計，可以看到占空比從正常的59.62%變為9.99%左右。

 

圖6.ZOOM模式放大

 

ZDS4000係列示波器不僅僅可以分析占空比趨勢，還可以分析周期和頻率變化趨勢，結合強大的測量功能。