【国家计量标准(JJ)】 数字存储示波器

中华人民共和国国家计量技术规范JJF1057—1998
数字存储示波器
1998年11月16日批准
1999年5月1日实施
国家质量技术监督局
数字存储示波器校准规范
Calibration Specification ofDigital Storage OscilloscopeJJF1057-1998
本规范经国家质量技术监督局于1998年11月16日批准，并自1999年5月1日起施行，
归口单位：全国无线电计量技术委员会起草单位：·中国航空工业总公司第三○四研究所中国计量科学研究院
本规范由全国无线电计量技术委员会负责解释，本规范主要起草人：
梁志国
曹英杰
参加起草人：
蔡新泉
周艳丽
（中国航空工业总公司第三〇四研究所）（中国计量科学研究院）
（中国航空工业总公司第三〇四研究所）（中国计量科学研究院）
（中国航空工业总公司第三〇四研究所）州
技术要求
校准条件
校准项目和校准方法
五校准结果的处理和校准时间间隔附录
附录 1数字存储示波器选校项目及校准方法附录2数字存储示波器校准结果记录格式附录3正弦波信号序列的最小二乘拟合算法(1)
JJF1057-1998
数字存储示波器校准规范
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本规范适用于新制造、使用中和修理后的，采用数字存储技术、使用A/D转换器、并能将所测量的数据以数码形式输出的各种数字存储示波器的校准.无显示功能，但具有数据量化存储功能的瞬态记录仪器可参照执行，
一概述
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.它主要用于观察、分析、测量非重复信号、重复信号、单次信号和单次触发信号等.这类仪器使用微处理器，利用模数转换器和数字式存储器采集和存储波形.其工作原理是：对输入信号，由时基电路控制，按一定时间间隔采样，通过模数转换器量化后，以二进制码的形式，将波形数据在快速存储器中存储，经触发功能电路进行条件判定、触发，结束采集过程；再以数字或模拟方式进行显示，重现波形
按本规范执行校准的数字存储示波器的校准及检查项目为：工作正常性检查、频带宽度、瞬态响应、动态有效位数、信噪比、采集速率、扫描时间因数、△t(时间）测量准确度、△V（幅度）测量准确度、直流增益准确度、方波校准信号频率、方波校准信号幅度、通道间延迟时间差、随机噪声、通道隔离度、共模抑制比、触发特性(触发延时、最窄触发脉宽、最小触发沿斜率、触发幅度灵敏度）、交流增益准确度、探极衰减比、直流偏移误差、线性度、误差限、毛刺捕捉、输入电阻、垂直偏转系数，数字存储示波器指标很多，对各指标的要求也各不相同；功能性指标放到检查项目中，对性能有特别要求的指标归入校准项目.对于多数用户都比较关注的指标纳入正文的必校项目，其余指标收在附录中的选校项目单。校准中，对其指标的要求，在技术要求条款中直接提出，无法或不宜以数值给出技术要求的指标项目未特别给出.在模拟示波器和数字存储示波器中有不同提法和不同侧重的指标，以数字存储示波共32页第2页
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器的提法和指标为主，例如，模拟示波器中经常使用“垂直偏转系数”而数字存储示波器描述该项指标性能通常使用“直流增益”,在本规范中也使用“直流增益”
二技术要求
存储深度
输入阻抗
误差限
频带宽度
上升时间(ns)
动态有效位数
采集速率误差
扫描时间因数误差
△ t(时间)测量误差
△V(幅度）测量误差
校准信号幅度误差
校准信号频率误差
(50±0.5)2,1Mα
1%(1mV/div~10V/div)
1 GHz(--3dB)
0.35/（频带宽度GHz）
14 bits
1×10-6
1×10-6
0. 2%(0. 5 ns/div~5s/div)
1%(1 mV/div~10 V/div)
1%(20 mV~2 V)
0. 01%(1 kHz~1 MHz)
三校准条件
13环境条件
13.1常规条件
供电电源：交流供电电压：(220士11)V；频率：(50士1)Hz环境温度：（20士5）℃
相对湿度:≤80% RH
大气压强：(86106)kPa
校准过程中，周围无任何影响数字存储示波器及其校准系统性能的振动、冲击及电磁辐射等，
13.2非常规条件
由用户提出，或按数字存储示波器使用说明书规定的特殊要求选取.
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14校准中所用仪器设备
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校准中所用全部仪器设备应在计量有效期内，并有效溯源到国家基准、
14.1校准用主要仪器设备
（1）直流电压源
(2)正弦信号发生器(3)快前沿脉冲信号发生器(4)共模信号发生器(5)计数器
(6)三角波信号发生器
(7)毛刺信号发生器（8)方波信号发生器（9)数字多用表(10)电子计算机系统
14.2仪器设备技术要求
幅度校准中使用的直流电压源，其幅度调节细度、幅度总误差，应分别不大于被校数字存储示波器幅度分辨力的1/3和幅度测量误差的1/3.其输出直流幅度应能覆盖土100V的量程范围，正弦信号发生器校准频带宽度时，其频率范围应能覆盖被校数字存储示波器的输入频带，其幅度平坦度优于0.5dB；校准采集速率时，其频率误差应不大于被校数字存储示波器采集速率误差（或时基误差）的1/3；校准数字存储示波器动态有效位数和信噪比时，其失真度K(dB)应符合式(1)的要求
K≥SD+20 Ig(2E,/E.)-10 lg(10. 02x(BD-BR)/10 -1)(1)
式中：K一-信号源的总失真度，dB：E,采集通道量程，V;
E，——输入信号的峰值,V；
BD一动态有效位数标称值，bits:BR被校通道的动态有效位数测量结果，bitsSD(dB）一一BD所对应的等效信噪比，按式（2）计算SD=6.02BD+1.76
通常要求BD的测量不确定度(BD一BR)为 0.1bits，则K比被校数字存储示波器的等效信噪比SD高9dB.若对被校动态有效位数BD(bits)的校准不确定度有更高要求,按式(1)计算和选取K.校准中使用的快前沿脉冲信号发生器，上升时间应不大于被校数字存储示波器上升时间的1/3.
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用于校准共模抑制比的共模信号发生器，必须具有“浮地输出”功能.
用于校准信号频率的计数器，其频率测量误差应小于被校信号频率误差的1/3,频率分辨力足够高。用于触发特性校准的三角波信号发生器，应能提供所需的最小触发沿斜率.该斜率的误差应小于被校指标误差的1/3.用于触发特性校准的脉冲信号发生器，应能提供所需脉冲幅度和最窄触发脉宽.触发脉宽误差应小于被校准的最窄触发脉宽指标误差的1/3.其脉冲幅度误差应小于被校准的幅度触发灵敏度指标误差的1/3
毛刺信号发生器用于毛刺捕捉特性校准，应能提供所需的脉冲幅度和最窄触发脉宽（毛刺）.触发脉宽的误差应小于被校准的最窄触发脉宽指标误差的1/3.
数字多用表用于输入电阻的校准，其电阻测量误差应优于0.1%，15校准中使用50同轴电缆，长度约1m，或按说明书规定选取，
校准项目和校准方法
16工作正常性检查
16.1外观检查
被校准的数字存储示波器，应配有使用说明书和相应的编程软件资料；应具有产品合格证书以及全部必备附件、数字存储示波器的外形结构应完好.开关、按键、旋钮等操作灵活可靠，标志清晰明确，外露件不应有松动和机械损伤.其铭牌或外壳上应标明其名称、生产广家、型号、编号和出厂日期.供电电源的标志及电压和频率范围指示明确
16.2通电检查
外观检查后，按使用说明书给数字存储示波器通电、预热，让其执行自检及自校准，
按使用说明书要求作内、外触发同步特性检查。JJF1057-1998
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将任意非零恒定信号(一般在通道测量范围上限或下限的50%～90%以内）输入数字存储示波器，检查其测量和存储工作状况，按使用说明书要求及随机提供的软件，作数字存储示波器与通用电子计算机通信功能的检查，应能准确无误地将数据传入计算机必要时，对数字存储示波器说明书中列出的其它功能进行检查，以上各项检查均应正常。
17频带宽度
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.正弦信号发生器与被校数字存储示波器匹配连接，设置通道为直流耦合，设定直流偏置为零设置通道采集数据个数n≥1000.使正弦信号发生器输出50kHz频率的信号，调整被校数字存储示波器触发和时基，使信号稳定显示.调节信号电平使其居中覆盖约80%屏幕范围，从数字存储示波器上读取其幅度Um.保持正弦信号发生器输出幅度不变，仅增加正弦信号频率了，从数字存储示波器读取其幅度U
正弦信号发生器
数字存储示波器
宁匹配器
找出使得U，/U㎡一0.707的频率f，按式（3）计算该通道的频带宽度B.
.18瞬态响应
接线如图2所示，选定数字存储示波器的测量通道和量程，置非自动量程测量模式.设置通道为直流耦合，设置通道采集数据个数n≥1000下载标准就来标准下载网
调整被校数字存储示波器的时基和触发，使信号稳定显示。共32页第6页
快沿脉冲信号发生器
数字存储示波器
匹配器
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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t能准确读取.读取图3所示t、A、b、c各值.数字存储示波器的瞬态参数按式（4）、(5)分别计算：
过冲：
顶部不平度：
S,=b/A
dj=c/A
19动态有效位数、信噪比
19.1动态有效位数
理想的模数转换器在数据转换中只引入与其转换位数相对应的量化误差.根据实际模数转换装置对正弦交流信号的采样数据，求得相应JJF1057-1998
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的拟合正弦曲线.将采样数据与该拟合曲线对应点数据差的均方根值，作为模数转换装置动态转换下的量化误差有效值，与该误差有效值相对应的模数转换位数定义为动态有效位数，也称有效位数19.2校准程序
19.2.1接线及设置
接线如图4，设置测量通道的量程，置非自动量程测量模式，设定通道采集速率V(时基)为最高，设置通道采集数据个数n≥1000
正弦信号发生器
数字存储示波器
匹配器
19.2.2按式(6)选取输入信号频率f：f=Nvo/n
式中：Vo通道采集速率；
计算机
N通道采集的n个数据中所含信号整周期个数.这里,N与n不能有公因子。
19.2.3按式（7)选取输入正弦信号峰值E,：E,=0.475E,
式中：E,—被测通道量程.
19.2.4调整被校数字存储示波器触发，使信号稳定显示.调节直流偏置，使输入信号居中覆盖通道测量范围.采集（2个以上信号周期的）数据(i二1，，n），输入计算机.按附录3中最小二乘法找出最佳拟合正弦信号：：
a(i)=Esin(wi+)+d
式中：a(i)拟合信号的瞬时值；E拟合正弦信号的幅度
6拟合正弦信号的初相位(弧度)；(8)
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