存储示波器校准后检查波形失真是确保测量精度的关键步骤，需结合理论分析、工具使用和量化评估方法。以下是系统化的检查流程与关键技术要点：
一、波形失真类型与识别方法
1. 谐波失真（THD）
- 定义：非线性失真导致信号中产生原始频率的整数倍谐波。
- 检查方法：
其中 $V_n$ 为第 $n$ 次谐波幅度，$V_1$ 为基波幅度。
- 合格标准：对于音频信号，THD应≤0.1%；对于高频信号（如射频），THD应≤1%。
2. 振铃与过冲
- 定义：信号上升沿/下降沿后出现的振荡或超出目标幅度的尖峰。
- 检查方法：
- 余辉显示：开启示波器的余辉模式（Persistence），观察波形是否在稳定值附近出现周期性振荡（振铃）或瞬态尖峰（过冲）。
- 参数测量：使用示波器的自动测量功能（如“过冲”“振铃频率”），量化失真程度。
- 合格标准：过冲幅度应≤10%信号幅度，振铃频率应≥10倍信号基频（避免干扰主信号）。
3. 相位失真
- 定义：信号不同频率分量之间的相位关系偏离理论值。
- 检查方法：
- 李萨如图形：输入两路正交信号（如1kHz和2kHz），观察李萨如图形是否为标准椭圆（无相位失真）或扭曲图形（存在相位失真）。
- 相位差测量：使用示波器的相位测量功能，对比不同频率分量的相位差与理论值。
- 合格标准：相位失真应≤±5°（高精度应用需≤±1°）。
二、检查工具与设置
1. 示波器功能配置
- 带宽限制：启用20MHz带宽限制（如测量低频信号），减少高频噪声干扰。
- 采样率：设置采样率为信号频率的5倍以上（如1MHz信号需≥5MS/s），避免混叠。
- 触发模式：使用边沿触发或脉冲触发，确保波形稳定捕获。
2. 辅助工具
- 标准信号源：使用低失真信号源（如Keysight 33600A，THD≤-60dB）作为输入，排除信号源本身失真。
- 探头补偿：确保探头补偿电容调节至最佳状态（方波显示为平顶）。
三、量化评估与报告
1. 失真指标量化
| 失真类型 | 测量方法 | 合格标准 | 示例 |
|---|
| 谐波失真 | FFT分析，计算THD | 音频≤0.1%，高频≤1% | 1kHz正弦波，THD=0.05% |
| 过冲 | 自动测量过冲幅度 | ≤10%信号幅度 | 5V信号，过冲=0.4V（8%） |
| 振铃 | 余辉显示，测量振铃频率 | ≥10倍信号基频 | 1MHz信号，振铃频率=15MHz |
| 相位失真 | 李萨如图形或相位差测量 | ≤±5°（高精度≤±1°） | 1kHz与2kHz信号，相位差=3° |
2. 报告生成
- 记录内容：测试条件（温度、湿度、信号源型号）、波形截图、失真指标数据、结论。
- 示例报告：
"在23℃±1℃、50%RH环境下，使用Keysight 33600A输出1kHz、1Vpp正弦波，示波器测量波形THD=0.03%，过冲=5%，振铃频率=20MHz，相位失真=2°，均符合高精度测量要求。"
四、常见问题与解决
1. 示波器本身失真
- 现象：输入标准信号后，示波器显示波形存在明显失真。
- 解决：
- 重新校准示波器（重点检查ADC和放大器模块）。
- 更换输入通道，确认是否为通道故障。
2. 探头失真
- 现象：波形边缘出现振铃或过冲。
- 解决：
- 检查探头接地线长度（应≤5cm），避免环路天线效应。
- 使用低电容探头（如1pF以下），减少负载效应。
3. 环境干扰
- 现象：波形中出现随机噪声或毛刺。
- 解决：
- 将示波器和信号源置于屏蔽箱内。
- 启用示波器的数字滤波功能（如20MHz低通滤波）。
五、总结
通过FFT分析、余辉显示、李萨如图形等工具，结合量化指标（THD、过冲、振铃频率、相位失真），可全面检查存储示波器校准后的波形失真。检查过程需严格记录测试条件与数据，并生成标准化报告。若发现失真超标，需从示波器校准、探头选择、环境干扰等方面逐一排查，确保测量结果的准确性。
