我們在測試測量工作中往往需要描述所有周期性信號，這時我們會使用幅度和相位來進(jìn)行，那么信號通過電路網(wǎng)絡(luò)時必須計算信號的相位變化，這時我們可以使用示波器測量相位變化。

周期性波形的相位描述了某個時間點的特定位置，圖1標(biāo)出了一些重要的相位點：最大幅度，最小幅度以及正向和負(fù)向過零點，波形的相位是周期性的，波形的完整周期被定義為具有360°或2π弧度的相位。

圖1周期性正弦波上的重要相位點是峰值和過零點

相位差或相位角是兩個相位點之間的相位差，通常在具有相同頻率的兩個不同波形上，通常，我們對信號通過電路、線纜、連接器或PCB之前和之后的相位差感興趣。具有超前相位的波形具有比其相對波形更早出現(xiàn)的特定相位點，當(dāng)信號通過一個電容時就是這種情況：輸出電流將比輸出電壓超前90o，相反，具有滯后相位的波形具有比相對波形更晚出現(xiàn)的相位點，如果兩個信號的相位相差180°，則說兩個信號相反，相位相差±90°的信號是相位正交的。

使用延遲時間測量的相位差

通過找到兩個波形之間的時間延遲及其周期，可以在示波器上測量相位差，可以使用示波器的光標(biāo)完成此操作。如圖2所示，其中相對光標(biāo)測量兩個10 MHz正弦波的最大值之間的時間差，屏幕右下角的光標(biāo)時間讀數(shù)顯示延遲為10 ns，也可以使用光標(biāo)測量周期，相位差（以度為單位）可使用以下公式確定：Φ = td/tp ×360 = 10 ns/100 ns × 360o = 36o其中：td是波形之間的延遲，tp是波形的周期

圖2使用示波器光標(biāo)測量兩個波形上相同相位點之間的時間延遲

這種技術(shù)延續(xù)于模擬示波器，也適用于數(shù)字示波器（DSO），但測量精度非常依賴于光標(biāo)的手動放置。

相位測量參數(shù)DSO

通過直接提供相位測量參數(shù)來簡化相位測量，基于測量波形的延遲和周期，可以設(shè)置每個波形的測量閾值和斜率，相位測量與前一部分中使用的方法相同，應(yīng)用插值以確保測量的相位點的準(zhǔn)確定位，使用示波器內(nèi)置測量參數(shù)的優(yōu)勢在于它避免了光標(biāo)放置的錯誤，相位可以以度、弧度或周期百分比為單位讀出，圖3提供了相位測量的示例。

圖3使用相位測量參數(shù)：參數(shù)P1（左下角）顯示帶有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的相位信息使用屏幕左下角的參數(shù)P1執(zhí)行相位測量，示波器執(zhí)行進(jìn)行“所有數(shù)據(jù)”測量，這意味著示波器會測量采集的屏幕上每個周期的相位，可用的大量相位測量支持測量統(tǒng)計，如圖3所示，測量統(tǒng)計顯示最近的測量，所有測量的平均值、最大值和最小值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)包含的測量數(shù)量。關(guān)鍵的統(tǒng)計讀數(shù)是平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，平均值是所有測量值的平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差是測量中不確定度的度量，在此示例中，平均值為36o，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.747o。該測量中的大部分不確定性是波形上垂直噪聲的函數(shù)，平均值通過平均測量值來降低噪聲，通過降低示波器前端的帶寬可以進(jìn)一步降低噪聲。

動態(tài)相位測量

有時相位差不是靜態(tài)的，需要表征信號相位變化，例如相位調(diào)制載波，這種類型的測量依賴于參數(shù)時序測量的“所有數(shù)據(jù)”特性，測量波形的每個周期的相位。可以使用趨勢圖或追蹤圖顯示動態(tài)信息，趨勢圖是將所有測量值組合在一起的波形。另一方面，追蹤圖將測量值繪制為時間的函數(shù)，與源波形保持時間同步。因此，如果其中一個波形是相位調(diào)制的，可以獲得瞬時相位的逐周期圖，如圖4所示。圖4中上部波形C1是10MHz載波，通過100kHz正弦波進(jìn)行相位調(diào)制（PM），波形C2（從頂部開始的第二個）是10MHz正弦波，沒有調(diào)制。相位測量參數(shù)讀取兩個波形之間的相位差，測量的每周期相位差繪制在從頂部向下第三個波形（F1）中作為相位測量參數(shù)的追蹤圖，并且示出相位差與時間的關(guān)系，實質(zhì)上，這解調(diào)了PM波形。請注意，除了打開測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)外，示波器還會顯示相位參數(shù)的histicon（直方圖圖標(biāo)），該histicon顯示了相位值直方圖的微縮版本，指向histicon并單擊結(jié)果，在底部顯示相位差的滿量程直方圖，直方圖將幅度范圍分成用戶設(shè)定的“箱”數(shù)。繪制每個箱內(nèi)的測量值的數(shù)量（垂直標(biāo)度）與測量值（水平標(biāo)度）的關(guān)系，鞍形直方圖是典型的正弦信號，追蹤圖中的臺階數(shù)和直方圖中的間隙是源波形的每個周期的相位差值保持固定值的結(jié)果。

圖4利用參數(shù)Track功能（波形F1）進(jìn)行動態(tài)相位差測量，以顯示作為時間函數(shù)的相位差周期變化相位參數(shù)讀出的最小值和最大值提供整個調(diào)制周期內(nèi)的相位偏移的范圍。

其他相位測量技術(shù)

相位參數(shù)在時域中測量相位，并且依賴于檢測穿越用戶設(shè)定電壓閾值的波形轉(zhuǎn)變，來自信號源和示波器本身的附加垂直噪聲限制了該測量的準(zhǔn)確性，可以通過限制示波器的帶寬來提高信噪比，從而使測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差值更小，從而獲得更準(zhǔn)確的讀數(shù)，通過進(jìn)行多次測量并使用測量的平均值而不是瞬時值來進(jìn)一步提高精度。還可以通過計算輸入信號頻率處的單點離散傅立葉變換（DFT）并讀取FFT的相位來在頻域中進(jìn)行相位測量，這是示波器可選的測量參數(shù)窄帶相位（nbph），圖5同時顯示了使用相位參數(shù)和nbph測量相位差， Nbph在參數(shù)光標(biāo)之間波形數(shù)據(jù)的第一個數(shù)據(jù)點處讀取指定頻率的信號的相位，如果參數(shù)光標(biāo)在其默認(rèn)位置，則將讀取波形數(shù)據(jù)中第一個點的相位，由于我們對兩個信號之間的相位差感興趣，因此需要進(jìn)行兩次nbph測量，在圖5中，我們分別使用P2和P3測量C1和C2波形的nbph，使用參數(shù)函數(shù)在P4中取得相位差，得到nbph差值為36.000o，相位參數(shù)讀數(shù)為35.993o。注意，nbph測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯低于相位參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，這是因為對于1000周期的采集長度，nbph測量具有更窄的測量帶寬（105kHz），請記住，nbph是一個示波器可選參數(shù)。

圖5比較nbph和相位測量參數(shù)的相位差測量結(jié)果，顯示nbph方法的性能稍好一些經(jīng)典的相位測量- Lissajous模式對于那些曾經(jīng)使用過模擬示波器的工程師，可能還記得使用經(jīng)典的Lissajous模式來測量相位差，可以通過在示波器的X-Y顯示上交叉繪制兩個波形來測量，如圖6所示，在該圖中，通道1（C1）上的波形提供水平或X軸，通道2（C2）提供垂直偏轉(zhuǎn)，Lissajous模式通過X-Y圖的形狀表示相位差，直線表示相位差為0o或180o，而圓圈表示相差90o，相位差處于這些值之間時顯示為橢圓，并且通過測量最大垂直偏轉(zhuǎn)和水平偏轉(zhuǎn)為0時的垂直偏轉(zhuǎn)來確定相位，在圖6中，用光標(biāo)在X-Y圖上標(biāo)記這兩個位置。

圖6使用經(jīng)典的Lissajous模式可以測量兩個正弦波之間的相位差光標(biāo)還會追蹤顯示X和Y波形的信息，2個通道描述符中的光標(biāo)讀數(shù)顯示了計算相位差所需的值。Φ2 - Φ1 = ±sin ?1 （Yx=0/Ymax） 橢圓頂部位于第一象限Φ2 - Φ1 = ±［180-sin ?1（Yx=0/Ymax） 橢圓頂部位于第二象限在本示例中，Ymax 等于150 mV， Y X=0 等于 89.1，橢圓的頂部位于第一象限：Φ2 - Φ1 = ±sin ?1 （89.1/150） = ± sin ?1 （0.594） =36.44oLissajous模式仍然可以用在現(xiàn)代數(shù)字示波器上，如圖6所示。這種方法的準(zhǔn)確性取決于光標(biāo)的位置，但它以直觀的方式產(chǎn)生了合理的結(jié)果。

總結(jié)一下：DSO提供多種測量相位差的技術(shù)，時域中的直接測量支持相位的靜態(tài)和動態(tài)測量。基于頻域的nbph為靜態(tài)相位測量提供了更準(zhǔn)確的結(jié)果，但需要可選的軟件。

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