示波器應用基本知識

.,1,示波器應用基本知識以TDS3000B產品的基本功能為基礎,.,2,示波器-電子工程師的眼睛,示波器的首要條件準確地顯示波形保證信號完整性測量,.,3,什么是示波器,示波器是形象地顯示信號幅度隨時間變化的波形顯示儀器，是一種綜合的信號特性測試儀，是電子測量儀器的基本種類示波器的用途：電壓表，電流表，功率計頻率計，相位計脈沖特性，阻尼振蕩示波器的應用：電子，電力，電工壓力，振動，聲，光，熱，磁,.,4,波的類型,大多數(shù)波都屬于如下類型：正弦波方波和矩形波三角波和鋸齒波階躍波和脈沖波噪聲波、復雜波很多波是上述波形的組合周期信號和非周期信號同步信號和異步信號,.,5,正弦波是波形的基本波,非正弦波是由基波加無數(shù)次諧波所構成。包含的諧波越多，波形越近似方波。,例：100M方波是由3次、5次、7次.合成，3次諧波頻率為300M、5次諧波頻率為500M.對于非正弦波波形，波形從最小值過渡到最大值越快，所含諧波就越多，波形所含的諧波頻率的分量也越高。對于脈沖波占空比越小，波形所含諧波就越多，諧波頻率分量也越高。,.,6,波形的重要諧波,非正弦波是由多次按不同頻率不同相位和不同幅度的正弦波組成的合成波，諧波是基波的倍數(shù)。列出的是影響波形變化的諧波次數(shù)，(考慮諧波分量為基波幅度10以上的諧波，是對波形形狀影響較大的因素)波形重要諧波數(shù)正弦波（正弦波基波為：1）1:1方波1:9三角波1:3脈沖波（占空比50）1:9脈沖波（占空比25）1:14脈沖波（占空比10）1:26諧波數(shù)為基波的倍數(shù)在沒有邊沿時間信息，只有信號頻率和波形類別信息，我們希望所觀測到的波形有精度不失真，可以使用倍數(shù)的的方法選擇示波器帶寬。,.,7,波形測量參數(shù),50%,90%,10%,Vmax,Vmin,Vp-p,Vhi,RiseTime,+Width,-Width,Vlo,100%,FallTime,幅值,正向超調,負向超調,頻率1/周期,.,8,示波器的類型,模擬示波器模擬數(shù)字混合示波器數(shù)字示波器數(shù)字熒光示波器取樣示波器,.,9,示波器的典型結構,ART模擬示波器,DSO數(shù)字示波器,DPO數(shù)字熒光示波器,放大器,水平放大器,垂直放大器,延遲線,觸發(fā),放大器,多路分解器,采集信號存儲器,uP,顯示存儲器,A/D,放大器,數(shù)字熒光器,A/D,uP,模擬實時顯示,串行處理,并行處理,觸發(fā)電路和時基,觸發(fā)和時基電路,.,10,波形的捕獲,波形捕獲率也就是波形刷新率，已經成為考核一臺示波器的重要參數(shù)之一；對于示波器來說，波形捕獲率高，就能夠組織更大數(shù)據(jù)量的波形質量信息，尤其是在動態(tài)復雜信號和隱藏在正常信號下的異常波形的捕獲方面，有著特別的作用。,模擬示波器,數(shù)字熒光示波器,數(shù)字存儲示波器,.,11,各類示波器對波形顯示的能力,由于采用的技術和原理不同，在波形的保真、顯示能力和捕獲能力上，各技術類別的示波器之間存在較大差異。,.,12,示波器的組成,水平系統(tǒng)垂直系統(tǒng)掃描系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)顯示系統(tǒng),.,13,示波器的主要指標,示波器主要技術指標保證示波器精確的顯示信號波形的前提條件示波器的帶寬數(shù)字示波器采樣率示波器存儲長度波形捕獲率（先進的DPO）示波器主要的功能保證示波器穩(wěn)定、捕獲顯示波形的必要條件垂直水平示波器的觸發(fā)與外部設備的互聯(lián)能力數(shù)據(jù)的處理技術與能力,.,14,帶寬是示波器的首要規(guī)格參數(shù),示波器的結構決定了帶寬的重要性：放大器的模擬帶寬決定了示波器的帶寬；放大器是信號進入示波器的大門，它的帶寬決定了示波器的帶寬，示波器能請進什么樣的信號由這個大門來決定。數(shù)字示波器的帶寬也是模擬帶寬。示波器所謂帶寬是指:垂直放大器的頻率響應，定義為：隨著正弦波頻率增加，信號幅度下降3dB（70.7）.在此頻點為示波器的帶寬,正弦波諧波分量,方波諧波分量,帶寬不足將導致波形幅度衰減和波形失真,注意：示波器帶寬或上升時間與信號頻率或上升時間一樣時，對會對波形幅度和上升時間產生影響，帶來測量誤差，如減少測量誤差只能提高延伸示波器帶寬。,.,16,探頭也是儀器，它和示波器共同組成測量系統(tǒng)。這一系統(tǒng)帶寬將影響被測信號如正弦波、脈沖和方波的幅度和上升時間的測量精度，如果探頭選擇不當，你將冒無法預知測量結果的風險。探頭和示波器上升時間和帶寬的關系由下式決定：探頭、示波器T上升0.35/BW（適合于1G以下示波器）BW=帶寬（3dB時的頻率）（單位Hz）測量所得的上升時間信號上升時間2測量系統(tǒng)上升時間2儀器測量系統(tǒng)上升時間探頭上升時間2測量儀表上升時間2探頭的上升時間應小于示波器的上升時間（泰克非常精細的匹配示波器的系統(tǒng)帶寬）示波器的上升時間應小于被測量信號的上升時間。例：使用100Mhz探頭和100Mhz示波器組成測量系統(tǒng)，測量上升時間為3.5ns的方波信號，系統(tǒng)帶寬為多少？測量誤差是多少？系統(tǒng)上升時間3.5ns23.5ns24.95ns，系統(tǒng)帶寬0.35/4.95ns70Mhz顯示信號上升時間3.5ns24.95ns26.08ns，測量誤差(6.08-3.5)/3.573使用100Mhz示波器及不當?shù)?00Mhz探頭，將導致測量系統(tǒng)帶寬性能降低100Mhz以下示波器帶寬是應包含探頭和示波器整個測量系統(tǒng)的問題，泰克公司承諾指定示波器的帶寬（上升時間），是當使用原配探頭時，是探頭尖的上升時間（示波器帶寬）。,示波器測量系統(tǒng)帶寬,.,17,測量系統(tǒng)的帶寬將影響脈沖和方波的上升時間，示波器系統(tǒng)上升時間和帶寬的關系由下式決定：示波器測量系統(tǒng)T上升0.35/BW（適合于1G以下示波器）BW=帶寬（單位Hz）（3dB時的頻率）示波器系統(tǒng)的上升時間應小于被測量信號波形的上升時間。儀器顯示的信號上升時間被信號上升時間2儀表系統(tǒng)上升時間2例：100Mhz正弦波使用100Mhz的示波器系統(tǒng)進行測量，依據(jù)幅頻特性可得測量顯示的信號與被測信號的誤差為30。例：一個100Mhz方波上升時間為3,5ns的信號，使用100Mhz的示波器系統(tǒng)進行測量，根據(jù)上述公式計算顯示信號與被測信號的誤差為：100Mhz示波器上升時間350/100Mhz3.5ns儀器顯示的信號上升時間3.5ns23.5ns24.95ns測量誤差（4.95ns3.5ns）/3.5ns0.41441改善和提高測量精度只能提高示波器系統(tǒng)帶寬，如選擇比信號上升時間高5倍的示波器,測量誤差為：500Mhz示波器系統(tǒng)上升時間為350/500Mhz0.7ns儀器顯示的信號上升時間3.5ns20,7ns23.569ns測量誤差（3.569ns3.5ns）/3.5ns0.01982（選擇示波器的5倍法則）注意：示波器系統(tǒng)帶寬不足引起上升時間慢和異常幅度衰減,示波器系統(tǒng)帶寬（上升時間）對信號影響,.,18,示波器帶寬總結,示波器帶寬是由放大器模擬帶寬決定。示波器帶寬是應包含探頭和示波器整個測量系統(tǒng)的問題，泰克公司承諾指定示波器的帶寬（上升時間），是當使用原配探頭時，是探頭尖的上升時間（示波器帶寬）。示波器系統(tǒng)帶寬不足，會引起上升時間慢和異常幅度衰減為了獲得正確的振幅測量，示波器的帶寬應該比被測量的波形的頻率大5倍。為了合理精確地測量波形的上升或下降時間，示波器必須有足夠的上升時間。儀表上升時間：信號上升時間信號上升時間讀值測量誤差之比1:141%2:122%3:112%4:15%5:12%7:11%10:10.5%,.,19,采樣,采樣是等間隔地進行；采樣率以“點/秒”來表示。實時采樣、隨機等效采樣、順序等效采樣方式,.,20,數(shù)字實時采樣技術：實時采樣是最直觀的采樣方式，采樣率超過模擬帶寬45倍或更高。,只需一次觸發(fā)已采集到信號所有資料對信號的要求：重復信號且可允許信號變化實時采樣技術示波器，不僅適用捕獲重復信號、而且是捕捉非重復信號和單次信號的有效技術。以及是捕獲隱藏在重復信號中的毛刺和異常信號前提條件。示波器標定帶寬重復信號帶寬瞬態(tài)（單次）信號帶寬,.,21,隨機數(shù)字等效采樣技術：以較低的A/D對信號采集,將多次觸發(fā)采集到資料進行重組，實現(xiàn)對重復信號的捕獲和顯示。,需要經過多次次觸發(fā)才能采集到信號的所有資料對信號的要求：信號必須重復并且穩(wěn)定，如信號變化（如幅度）將造成顯示混亂。等效技術示波器，只適用捕獲重復穩(wěn)定信號，對捕獲非重復信號和單次信號的能力。以及是捕獲隱藏在重復信號中的毛刺和異常信號的能力。將受到實時采樣率的限制。示波器標定帶寬重復信號帶寬瞬態(tài)（單次）信號帶寬。,.,22,采樣率對單次信號采集,數(shù)字示波器不但觀測重復信號，同時需要觀測單次事件信號。雖然示波器放的大器帶寬保證了信號輸入不失真。如采樣率不足會造成顯示信號漏失和失真。所以示波器必須具有足夠的采樣速率，用以捕捉單次信號和精確恢復顯示波形。奈奎斯特抽樣定律中指出采樣率至少為信號最高頻率帶寬的2倍以上，從而保證信號在恢復時不發(fā)生混迭現(xiàn)象和失真的情況發(fā)生。,放大器,多路分解器,采集信號存儲器,uP,顯示存儲器,A/D,采樣率低使信號失真,采樣率高使信號保真,.,23,單次采樣帶寬也就是常說的實時帶寬，它是由模擬帶寬、采樣率以及波形重建的方法共同決定，因此它決定了所構建的單次波形的完整性。波形重建的方法主要是指波形再現(xiàn)的插值算法。線性內插：在相鄰采樣點直接連接上直線，局限于直邊緣信號。正弦內插：（SinX/x）利用曲線來連接樣點，通用性更強。它利用數(shù)學處理，在實際樣點間隔中運算出結果。這種方法彎曲信號波形，使之產生比純方波和脈沖更為現(xiàn)實的普通波形。內插系數(shù)：泰克公司的內插系數(shù)為2.5,采用5倍以上示波器帶寬的采樣率是為提高信號的保真使用正弦內插，一般采用內插系數(shù)為5計算示波器的單次信號帶寬。單次帶寬實時采樣率/5（內插系數(shù)）。使用線性內插，一般采用內插系數(shù)為10計算示波器的單次信號帶寬。單次帶寬實時采樣率/10（內插系數(shù)）。正弦內插線性內插,單次采集帶寬和波形復現(xiàn),.,24,示波器采樣率決定：窄脈沖和毛刺信號精確捕獲和復現(xiàn)能力只有信號速度在單次帶寬的范圍內，對捕獲信號才能精確復現(xiàn),示波器帶寬選定后，采樣率決定了單次帶寬。單次寬決定示波器對毛刺和單脈沖信號的捕獲能力和復現(xiàn)能力，也決定了示波器檢測重復信號中異常信號和隨機毛刺信號的捕獲能力。,例：示波器帶寬100Mhz采樣率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,（不考慮帶寬對波形的影響）,.,25,示波器帶寬選定后，采樣率決定單次帶寬。單次帶寬決定示波器對階躍、單次信號中的快沿的捕獲和復現(xiàn)能力，也決定了示波器對檢測，低重復率信號的上升和下降沿捕獲能力。,示波器采樣率決定：單次事件信號沿的精確捕獲和復現(xiàn)能力只有信號速度在單次帶寬的范圍內，對捕獲信號才能精確復現(xiàn),例：示波器帶寬100Mhz采樣率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,（不考慮帶寬對波形的影響）,.,26,示波器采樣率決定：脈沖序列精確復現(xiàn)能力，只有信號速度在單次帶寬的范圍內，對捕獲信號才能精確復現(xiàn),.,27,總結：采樣率的選擇,我們在確定示波器的帶寬后，還要選擇足夠的采樣率來與之相配合，這樣才能獲得適合于實際測量中的實時帶寬，從而獲得滿意的顯示和測量結果。示波器采樣率不足，將會使信號失去高頻成份，影響對信號的完整性測量。如，使信號上升和下降時間變慢或造成波形的漏失。如果在實際的測量中，比較重視單次信號的精確信息，我們建議采樣率要在帶寬的五倍以上，最好能在八到十倍。,.,28,示波器存儲深度,定義：一個波形記錄是指可被示波器一次性采集的波形點數(shù)最大記錄長度由示波器的存儲容量決定，要增加存儲容量才能增加記錄長度是為捕獲和顯示單次信號過渡過程提供的重要指標示波器的存儲由兩個方面來完成：觸發(fā)信號和延時的設定確定了示波器存儲的起點；示波器的存儲深度決定了數(shù)據(jù)存儲的終點。記錄時間記錄長度/采樣率由于時基和采樣率是聯(lián)動的，所以時基的速度快慢將同時改變采樣率的高低。當采樣率達到指標定義最高速率時，加快基速度的調整，采樣率將不能加快。時基與采樣率的關系應為：存儲深度（點）時間/格10采樣間隔.1/采樣間隔采樣率,.,29,示波器采樣率與存儲長度的關系,示波器最高采樣率決定示波器單次帶寬的限制，為保證波形精確復現(xiàn)建議：正弦內插技術示波器以:采樣率/5單次帶寬的公式計算單次帶寬，線性內插技術示波器以:采樣率/10單次帶寬公式計算。采樣率不足將限制示波器單次帶寬。如果示波器在全帶寬范圍內，對單次信號實現(xiàn)捕獲和精確復現(xiàn)。只有采樣率高于示波器帶寬5倍以上（正弦內插），才能使示波器的重復信號帶寬單次信號帶寬。示波器存儲長度對波形的記錄是以波形精確捕獲為前提。當信號頻率或速度超過單次帶寬的限制（信號不能重組），即使示波器帶寬對信號不產生影響，但由于采樣不足將造成顯示信號的混疊、畸變和漏失。就是示波器有在長的存儲，存儲的波形也是畸變的失真波形。當單次信號中的高頻成份，低于示波器的單次帶寬，才能保證信號的高頻細節(jié)。此時存儲長度越長，波形記錄時間越長。存儲深度短，將丟失波形部分時間的信息。,.,30,采樣率、單次帶寬與存儲深度對波形限制,.,31,采樣率、單次帶寬與存儲深度：對波形的限制,.,32,存儲深度總結,示波器帶寬、單次帶寬和記錄長度對被測波形顯示的影響：單次帶寬對單次信號的精確復現(xiàn)起到限制作用。對單次事件和脈沖串等非重復信號，以及對重復信號中的異常信號進行捕獲時，如采樣率不符合捕獲信號速度的要求，將造成復現(xiàn)的信號會失去高頻成份。顯示的信號與被測信號相比，上升和下降時間變慢，或高頻脈沖信息漏失，影響信號完整性測量。在這種情況下不論示波器的存儲深度有多長，已沒有實際意義。在保證對單次信號進行精確捕獲前提下，示波器存儲深度越長，波形的存儲時間就越長。由于示波器存儲深度有限。使用的不是示波器最高采樣率，對單次信號進行捕獲時。提高采樣率可以提高對信號的捕獲精度和分辨率。但降低了存儲信號的時間。采樣率和存儲深度有限，提高存儲時間只能降低采樣率，但降低采樣率將失去波形的細節(jié)同時失去快沿信號的高頻成份使上升時間變慢。如單次信號時間較長，要保證信號中高頻信息不丟失（信號漏失和畸變）。需要我們綜合考慮示波器帶寬、采樣率和存儲長度等指標，以保證被測信號的精確復現(xiàn)。示波器的捕獲率和觸發(fā)功能、可以優(yōu)化示波器的存儲深度和采樣率。,.,33,示波器的觸發(fā),觸發(fā)電路的作用就是保證每次時基掃描或采集的時候，都從輸入信號上與定義的相同的觸發(fā)條件開始，這樣每一次掃描或采集的波形就同步，可以每次捕獲的波形相重疊，從而顯示穩(wěn)定的波形模擬示波器觸發(fā)和數(shù)字示波器的觸發(fā)是使重復信號穩(wěn)定顯示對單次信號進行捕獲對重復信號中的異常波形和單次事件中的特殊波形進行隔離捕獲。觸發(fā)設置是使用示波器最麻煩的一點示波器設置都是依據(jù)信號特征進行的，所以應該對被測信號有所了解。示波器提供了許多觸發(fā)設置方式，這些觸發(fā)器（功能）可以響應輸入信號的不同條件，根據(jù)波形特征加以設定和正確應用。會使檢測簡化，幫助快速發(fā)現(xiàn)問題。如一個脈沖比實際應該達到的寬度要窄，若只使用電壓門限的觸發(fā)器是不可能捕獲到這樣的脈沖。高級觸發(fā)控制使你可以單獨關注波形中感興趣的細節(jié)，這樣可以使示波器采樣速率和記錄長度得到優(yōu)化。觸發(fā)器：邊緣（電壓門限）、釋抑、脈沖、邏輯、視頻、B觸發(fā)等、觸發(fā)模式：自動、正常、單次、滾動模式,.,34,數(shù)字示波器時基和觸發(fā)電路功能,數(shù)字示波器的時基和觸發(fā)電路的功能與模擬示波器的有很大不同。它不像模擬示波器的時基電路那樣產生斜波電壓。而時基電路是一個晶體振蕩器。通過測量觸發(fā)信號和取樣時鐘之間的時間差，微處理器便可確定將波形取樣放在顯示器的什么地方。對選定的觸發(fā)功能和設定的觸發(fā)條件，進行精確的鑒別，依據(jù)是否符合觸發(fā)條件決定取樣閥門的關斷。,觸發(fā)比較器電路,.,35,示波器觀測波形：應根據(jù)波形特征進行對示波器設置,所有波形都具有自己的特征，主要類別周期信號：連續(xù)不斷的信號周期相同的簡單重復信號如：正弦波、方波等信號在小周期內不同但每個小周期可以重疊的周期信號如：調制、多周期、低重復率等信號復雜周期信號如：視頻信號非周期信號或稱為單次信號：有起始和結止時間的信號高速單次信號如：單脈沖、階躍等信號單次事件信號如：脈沖序列、高壓放電、震蕩等信號重復信號中的異常信號如：重復信號中的欠幅脈沖、脈沖序列中特征碼等信號示波器接入電路后并不能看到波形，我們需要根據(jù)已知信號的特征進行對示波器調整和觸發(fā)條件的設定，才能捕獲得到穩(wěn)定顯示的波形。調整垂直和水平部分，合理的選擇耦合、垂直與時基等，為波形穩(wěn)定或為單次信號的捕獲做好合理顯示的準備。根據(jù)的波形特征，選擇觸發(fā)器和設定觸發(fā)條件才能穩(wěn)定和捕獲你關心的信號,.,36,數(shù)字示波器捕獲模式,示波器捕獲模式是控制如何從采樣點中產生出的波形點。采集模式：是最簡單的捕獲模式，每一個采樣間隔，示波器存儲一個采樣點的值，并做為波形的一個點。峰值檢測模式：以最高的采樣速率運行ADC，既便設置的時基非常慢。采樣模式不能捕獲采樣點之間的快速變化的信號，而峰值檢測模式可以捕獲到。利用該模式可非常有效地觀察到偶爾發(fā)生的窄脈沖。包絡模式：要觀察信號的噪聲或者抖動現(xiàn)象時。采用包絡模式。示波器在連續(xù)采集過程中，對波形記錄中的每個采樣點位置的最小值和最大值都存儲下來，并以此構成波形顯示。這種模式可采用可變余輝的調節(jié)，使采樣點在屏幕上保持一定的時間，直至無限顯示。包絡捕獲和無限余輝顯示的用途之一，是測量信號最壞的情況。如波形抖動、監(jiān)察毛刺、觀察峰峰值噪聲、顯示包絡線、檢測信號漂移等。平均模式：是示波器把連續(xù)的各次波形采集的結果，通過計算連續(xù)捕獲得到的波形點的平均值，產生最后顯示的波形。采用平均捕獲模式，示波器要用更長的時間才能響應信號的變化。平均模式在減少噪聲的同時并沒有損失帶寬將噪聲刪除，有利于對信號進行精確測量。,.,37,數(shù)字示波器觸發(fā)模式,自動：即使沒有觸發(fā)，自動模式也能引起示波器的掃描。如果沒有信號的輸入，示波器中的定時器觸發(fā)掃描。有信號顯示信號，沒有信號顯示水平基線。正常：當輸入信號不能滿足觸發(fā)條件時，不掃描，示波器沒有任何顯示。只有當輸入信號滿足設置的觸發(fā)點條件時，才進行掃描，并將最后捕獲到的信號凍結顯示在屏幕上。如符合觸發(fā)條件，再次進行捕獲，清除上次信號，保留凍結此次的波形。單次：當輸入的單次信號滿足觸發(fā)條件時，進行捕獲（掃描），將波形存儲和顯示在屏幕上。此時再有信號輸入示波器不予理會。需要進行再次捕獲必須進行單次設置。滾動：模式是一種可以應用于全連續(xù)顯示的方式，可以用示波器來代替圖表記錄儀來顯示慢變化的現(xiàn)象，如化學過程、電池的沖放電周期或溫度對系統(tǒng)性能的影響等。注：在實際應用中，采用正常觸發(fā)模式即使觸發(fā)以很慢的速率發(fā)生，也能觀測感興趣的內容。對低重復的信號捕獲是非常有意義。,.,38,預觸發(fā)和觸發(fā)位置,數(shù)字示波器的一個最顯著特點在于它容許用戶觀看觸發(fā)前的事件這是因為數(shù)據(jù)被連續(xù)地存儲到內存中，同時觸發(fā)事件在數(shù)據(jù)量足夠后停止采集。只有數(shù)字示波器才有觸發(fā)位置控制，它代表的是波形記錄中的水平位置。變更水平觸發(fā)位置，可以允許你采集觸發(fā)事件以前的信號，稱為預觸發(fā)。這樣，可以確定觸發(fā)點前面部分和后面部分所包含的可視信號的長度。,.,39,毛刺預觸發(fā)單次采樣,捕捉事件前的毛刺,觸發(fā)位置和預觸發(fā),預觸發(fā)是一個有價值的處理故障的工具，如果故障間歇地發(fā)生，可以利用預觸發(fā)來解決這樣的問題，記錄故障發(fā)生前的事件，很可能找到原因，由于電路器件對信號的延時效應，其他方面應用如：開關特性輸入和輸出瞬態(tài)特性，以輸出信號觸發(fā)來觀看研究輸入的小信號。,.,40,觸發(fā)耦合,由于示波器的輸入信號經放大器分兩路，一路進入A/D采樣器；一路到觸發(fā)電路，形成觸發(fā)信號。觸發(fā)耦合是觸發(fā)信號與觸發(fā)電路的耦合方式，就像垂直系統(tǒng)輸入一樣，可為觸發(fā)信號選擇各種耦合方式。這些設置對消除觸發(fā)噪聲很有用處，噪聲的消除可以避免錯誤的觸發(fā)。耦合方式：默認時為DC耦合：觸發(fā)信號直接連到觸發(fā)電路交流耦合：觸發(fā)源通過一個串聯(lián)的電容連到觸發(fā)電路起到隔直作用HF抑制：使觸發(fā)信號通過低通濾波器以抑制高頻分量，這意味即使一個低頻信號中包含很多高頻噪聲，仍能使其按低頻信號觸發(fā)。LF抑制：使觸發(fā)源信號通過一個高通濾波器以抑制其低頻成分。這意味即使一個高頻信號中包含很多低頻噪聲，仍能使其按低頻信號觸發(fā)。這對于顯示包含很多電源交流信號時情況是很有用處的。,.,41,邊緣觸發(fā)功能：是使重復信號同步、穩(wěn)定顯示,示波器為使重復波形穩(wěn)定顯示，具有邊緣觸發(fā)最基本的觸發(fā)方式，上升、下降沿和觸發(fā)電平在信號邊緣上構成觸發(fā)點，重復信號會有多個觸發(fā)點。觸發(fā)位置、沿和觸發(fā)電平決定每次掃描的開始時刻。同時觸發(fā)位置還代表波形記錄中觸發(fā)水平位置。邊緣觸發(fā)控制器是使每一次掃描起始都從信號的相同觸發(fā)位置開始，不斷的顯示輸入信號的相同部分，并使每次捕獲的波形相重疊顯示。波形邊緣和觸發(fā)電平的設置成為重復信號顯示的標準條件對于重復信號AUTOSET(自動設置）是最簡單的觸發(fā)方式。觸發(fā)條件不具備具備觸發(fā)條件,.,42,邊緣觸發(fā)和單次觸發(fā)：是使簡單單次信號得到捕獲,示波器為使單次信號（包括重復信號中的過沖異常）得到捕獲。邊緣觸發(fā)條件是基本的觸發(fā)方式。但要同時設定單次觸發(fā)模式進行配合。重復信號上升、下降沿和觸發(fā)電平在信號邊緣上構成觸發(fā)點，而重復信號會構成有多個觸發(fā)點。估對重復信號中異常波形捕獲的觸發(fā)條件設定，必須能使沿和觸發(fā)電平構成唯一觸發(fā)條件，信號方能得到隔離捕獲。波形邊緣和電平的設置是單次信號捕獲的標準條件,多個觸發(fā)條件不能捕獲,沿和電平構成唯一觸發(fā)條件能捕獲,多個觸發(fā)條件不能捕獲,上升沿和電平構成觸發(fā)條件,下降沿和電平構成觸發(fā)條件,上升沿和電平構成觸發(fā)條件,沿和電平構成觸發(fā)條件,觸發(fā)點,.,43,觸發(fā)釋抑(Holdoff):調整設定，是使特殊重復信號同步、穩(wěn)定顯示。,一些信號在在小周期內不重復，但每個小周期可以相重疊的周期信號如：調制、多周期、重復率低等信號（如圖）信號具有多個可能的觸發(fā)點，但示波器的掃描間隔是固定的，會造成使每一次掃描起始都從信號不相同位置開始，使波形顯示混亂。采用觸發(fā)隔離功能即在各次掃描之間加入延遲時間，使得掃描的每次觸發(fā)總是從相同的信號沿開始。從而得到穩(wěn)定的波形顯示。依據(jù)波形特征設置顯示穩(wěn)定的觸發(fā)條件沿和觸發(fā)電平標準條件設定，同時還有設定觸發(fā)釋抑波形特征條件。,隔離時間過波形混迭,正確隔離時間,.,44,寬度觸發(fā):我們關心周期信號中出現(xiàn)的與規(guī)定時間寬度不符的異常信號或關心脈沖序列中的某一時間寬度特征碼捕獲。使用脈沖寬度觸發(fā)是最佳選擇。,由于信號在波形的沿上都具有觸發(fā)點。隔離捕獲異常寬度信號時，利用邊緣觸發(fā)的基本方式設定觸發(fā)條件，是不可能捕獲到異常寬度波形。根據(jù)信號的特征(波形寬度問題），選用脈沖寬度觸發(fā)功能設定觸發(fā)電平和設定所要捕獲波形的時間寬度(時間觸發(fā)條件設定為=或或)。當波形滿足電平觸發(fā)條件。同時滿足設定的波形時間寬度的觸發(fā)條件時，通過脈沖寬度觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到所關心的寬度波形。利用脈沖寬度觸發(fā)，可以長時間監(jiān)視信號，當脈沖寬度超過設定的允許范圍時，引起觸發(fā)。脈沖寬度設定整范圍：(TDS3000B為，39.6ns10s),t設定,觸發(fā)電平,觸發(fā)點,關心的信號,觸發(fā)電平,t設定,觸發(fā)點,關心的信號,.,45,欠幅觸發(fā):我們關心信號周期信號中出現(xiàn)的與規(guī)定幅度不符的異常波形或關心脈沖序列的欠幅脈沖的捕獲。使用欠幅觸發(fā)是最佳選擇,由于信號在波形的沿上都具有觸發(fā)點。隔離捕獲欠幅信號時，利用邊緣觸發(fā)的基本方式設定觸發(fā)條件，是不可能捕獲到欠幅波形。根據(jù)信號的特征(波形欠幅問題），選用欠幅觸發(fā)功能，設定高低電平。當波形滿足低電平觸發(fā)條件，同時（波形幅度低于設置的高電平）不能滿足高電平觸發(fā)條件時，通過欠幅觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到欠幅的波形。TDS3KB在使用欠幅觸發(fā)時，可同時選擇波形寬度條件(方法與脈寬觸發(fā)相同)，當波形滿足高低電平設置條件，同時滿足設定的波形時間寬度的觸發(fā)條件時，通過欠幅觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到所關心的欠幅波形。利用欠幅觸發(fā)，可以長時間監(jiān)視信號，當波形幅度低于設定的門限電平時，引起觸發(fā)。,高電平,低電平,門限電平,觸發(fā)電平,觸發(fā)點,關心的信號,t設定,高電平,低電平,門限電平,觸發(fā)電平,觸發(fā)點,關心的信號,.,46,擺率觸發(fā):我們關心信號周期信號中，出現(xiàn)的與規(guī)定邊緣速率不符的異常波形或關心脈沖序列的邊緣速率異常的脈沖捕獲。使用擺率觸發(fā)是最佳選擇。,擺率V幅度/S時間。幅度表示高低閥值之間的幅度，時間表示波形沿高低閥值之間的時間。擺率表示沿由低電平變化到高電平的速度。由于信號在波形的沿上都具有觸發(fā)條件，隔離捕獲上升或下降時間異常信號時，利用邊緣觸發(fā)的基本方式設定觸發(fā)條件，是不可能捕獲到關心的波形。根據(jù)信號的特征(波形邊沿速度問題），選用擺率觸發(fā)功能，設定高低閥值和高低閥值之間的時間。示波器自動計算擺率（擺率觸發(fā)條件設定為=或或）當波形滿足觸發(fā)條件條件時，通過觸發(fā)觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到關心的沿信號。擺率觸發(fā)。如果高頻信號的響應速率比期望或需要的快，則發(fā)出易出故障的能量，響應速率觸發(fā)優(yōu)于傳統(tǒng)的邊緣觸發(fā)，這是因為增加了時間元素，允許您選擇觸發(fā)邊緣的快慢。,.,47,邏輯觸發(fā):我們關心各通道輸入信號之間的數(shù)字邏輯關系，選擇邏輯觸發(fā)是最佳的選擇、,如果輸入通道的邏輯組合滿足觸發(fā)條件時，產生觸發(fā)。則為邏輯觸發(fā)。特別適用驗證數(shù)字邏輯的操作。,.,48,B觸發(fā):我們關心單次信號某時間后發(fā)生的信息或關心單次信號某時件后發(fā)生的信息，使用B觸發(fā)功能是最佳選擇。,由于存儲深度的限制，但希望觀測某時刻后發(fā)生的信息，又不希望失去信號高頻信息（降低采樣率提升存儲時間會丟失信號高頻成份），選擇B觸發(fā)功能是最佳選擇。根據(jù)波形的特征（所關心信號部分）設定A觸發(fā)、B觸發(fā)電平和A.B觸發(fā)點之間的時間或事件。滿足，信號從A觸發(fā)點（條件）開始，經過延時時間或事件后到B觸發(fā)點（條件）產生觸發(fā)。時間觸發(fā)：是以計時器鑒別比較AB觸發(fā)條件之間的時間事件觸發(fā)：是以計數(shù)器鑒別比較AB觸發(fā)條件之間的事件次數(shù),關心的信號部分,.,49,視頻和通訊觸發(fā),TV觸發(fā)：在TV模式下觸發(fā)電平控制不起作用。這時示波器使用視頻信號中的同步脈沖作為觸發(fā)信號。TV觸發(fā)有兩種模式，TVF場和TVL行行和場選擇自定義通訊觸發(fā)：在示波器中為選項適合捕獲通訊傳輸信號，以觸發(fā)模板判斷信號通過與不通過，并進行記錄。,.,50,捕獲率（DPO技術）：我們關心重復信號中存在的異常波形（未知信息）和觀測復雜重復信號，使用DPO技術是發(fā)現(xiàn)故障信息的最佳選擇。,數(shù)字熒光示波器波形捕獲能力，可快速發(fā)現(xiàn)波形中的異常信號?？蓪⑽粗盘栟D變?yōu)榭梢暤囊阎盘?。通過示波器的高級觸發(fā)功能選擇和設置，進一步將信號隔離捕獲，從而能對該信號進行精確的測量和分析。向觸發(fā)功能一樣，捕獲率可以減小示波器實際需要的存儲深度，優(yōu)化采樣率和示波器存儲深度。DPO技術不但快速的波形捕獲率，同時對每次捕獲的波形進行數(shù)字熒光處理。使其有類似模擬示波器一樣的，對信號具有快速實時響應和亮度等級顯示的能力。觀測重復信號中異常波形和復雜重復信號使用DPO是最佳選擇。異常波形檢測功能,.,51,(XY)模式Lissajous,XY模式是示波器是一種測量相移的方法。這時示波器將時基關閉，兩個通道X，Y軸都跟蹤電壓。從李薩如模式的形狀可以分辨兩個信號間的相位差異，而且還能分辨它們的頻率比率。相位測量頻率測量例：,.,52,總結,示波器的作用是精確顯示用戶所需要觀測的信號和波形示波器的主要技術指標是保證所觀測的信號和波形不失真的前提條件。我們需要以客戶可以接受共同技術原理、定理、公式等基礎知識，結合客戶觀測波形的特征，共同探討示波器和探頭指標對所觀測信號精度的好處和危害。幫助客戶選擇符合客戶觀測精度要求的示波器。根據(jù)波形特征，測試條件、測試環(huán)境合理設置示波器，并正確的連接被測電路，是示波器捕獲信號的必要條件。示波器作為觀測電信號的工具，由于波形類別多樣性和操作復雜性。要求我們結合客戶所觀測的波形特征，幫助客戶合理設置示波器的垂直和水平系統(tǒng)、選擇設置觸發(fā)和測量等功能。達到捕獲波形和進行波形測量需求目的。,.,53,示波器的首要條件：準確地顯示波形和進行信號完整性測量,示波器-電子工程師的眼睛,.,54,波形的類型,大多數(shù)波都屬于如下類型：正弦波方波和矩形波三角波和鋸齒波階躍波和脈沖波噪聲波復雜波還有很多波是上述波形的組合,調制波,重復信號中的異常,.,55,重復周期信號,單次/瞬態(tài)信號,重復周期信號中的異常波形,調制信號,串行數(shù)字通訊信號,視頻信號,低頻脈沖群,數(shù)據(jù)串,觀察眾多的信號-迅速進行故障定位來提高效率,.,56,攝象機-示波器,您攝下的圖片，它是否與實際發(fā)生的情況一致？圖片是清晰的還是模糊的？每一秒您能攝下多少張精確的圖片？,.,57,示波器技術演變進程,.,58,數(shù)字示波器捕捉模擬示波器難以發(fā)現(xiàn)的問題,低重復率快前沿信號的細節(jié)/(過渡特性),毛刺的細節(jié),非常低頻的信號,.,59,模擬示波器與數(shù)字示波器發(fā)展趨勢,年度,產值,100908070605040302010,8085909520,數(shù)字示波器,模擬示波器,.,60,示波器帶寬,示波器首要規(guī)格帶寬帶寬是指示波器垂直放大器的頻率響應，定義為：信號幅度下降3dB.在此頻點為示波器的帶寬,.,61,示波器帶寬不足導致波形失真,非正弦波是由基波加無數(shù)次諧波所構成。包含的諧波越多，波形越近似方波。,例：100M方波是由3次、5次、7次.合成，3次諧波頻率為300M、5次諧波頻率為500M.,.,62,示波器帶寬對測量影響,例：測量16MHz的正玄波,在20MHz帶寬示波器測試所顯示的結果,在150MHz帶寬示波器測試所顯示的結果,示波器所顯示的波形,.,63,示波器帶寬對測量影響,例：測量10.5MHz的方波,在20MHz帶寬示波器測試所顯示的結果,在150MHz帶寬示波器測試所顯示的結果,示波器所顯示的波形,.,64,多快才是足夠快?,.,65,數(shù)字示波器的重要指標-采樣率,奈奎斯特取樣原理-采樣定理在正弦波上采樣，需要在一個周期采集最少兩個以上的點就可重現(xiàn)波形fs(取樣率)2BW(信號頻率）例：100M正弦波信號，最少采樣率？200MS/s2X100M數(shù)字示波器的采樣技術數(shù)字等效采樣數(shù)字實時采樣由于取樣技術不同，使數(shù)字示波器帶寬定義復雜化重復信號帶寬即模擬帶寬（放大器帶寬）單次信號帶寬,.,66,數(shù)字等效采樣技術,需要對信號進行多次觸發(fā)，且不能準確捕獲非重復信號,從重復周期性信號的不同的周期經過多次單采樣，取得足夠的采樣點來重建這個重復信號的波形。等效采樣必須滿足兩個前提條件：1、信號必須是重復的2、必須能穩(wěn)定觸發(fā),.,67,只需一次觸發(fā)已采集信號所有資料，且能準確地捕獲非重復信號,實時采樣是最直觀的采樣方式，采樣率超過模擬帶寬45倍或更高。不僅適用捕獲重復信號，而且是捕捉單次信號以及隱藏在重復信號中的毛刺和異常信號的有效方法及前提。,數(shù)字實時采樣(DRT),.,68,DRT實時采樣技術-數(shù)字等效采樣與實時采樣比較,存在觀察信號宏觀趨勢和信號微觀細節(jié)的差異,.,69,DRT實時采樣技術-采樣率與單次信號帶寬的關系,.,70,數(shù)字示波器的單次帶寬定義,為單次(瞬態(tài))信號測量中可獲得的最大帶寬BWsfs(采樣率)kR(與重現(xiàn)技術有關的內插系數(shù))2.5.4.10.例：內插系數(shù)為4，采樣率為100MS/s,示波器單次帶寬？100MS/s425MHz,.,觸發(fā)每秒24個采樣點采樣率24S/s,1最快掃（顯示屏上每格,描速度顯示點數(shù)目）,等效轉換率1/(5nS/25)=5GS/s,DRT實時采樣技術-請注意其他所謂“采樣率”,采樣率的標準定義（實時）最高采樣率是指在單一觸發(fā)中，模擬數(shù)字轉換器能采集的最大采樣點數(shù)目。其他定義（等效）轉換率是指最快的水平掃描速度下，把從對重復信號多次觸發(fā)收集的采樣點顯示在屏幕上時，點與點之間的最小時間距離。,.,72,數(shù)字示波器帶寬100M，采樣率500MS/s,數(shù)字示波器帶寬100M，采樣率20MS/s,DRT實時采樣技術-采樣率決定示波器對單次信號的捕獲能力,比如：沖擊電流、破壞性試驗的捕捉和測量，對欠幅脈沖、單脈沖、毛刺、電源中斷、電壓擊穿、開關特性等等瞬態(tài)信號和非重復信號進行捕捉和分析。（及物理量分析）,.,73,DRT實時采樣技術-信號不是完全重復的直觀比較,等效取樣,實時取樣,.,74,示波器探頭技術及應用,示波器,探頭,DUT,.,75,各種應用環(huán)境,先進的數(shù)字和模擬設計,電力電子研究,通用電子與通訊研究,安全高電壓/電流瞬時功率間隙事件毛刺,尖峰脈沖諧波測量,分析慢信號長周期報告生成,高速不常見的異常事件密集的時序容限精確/信號重現(xiàn)低負載先進的觸發(fā)毛刺,幅度異常,亞穩(wěn)態(tài),高速低信噪比精確/信號重現(xiàn)低負載先進的觸發(fā)能力,基礎研究,復雜信號不確定事件低信噪比分析先進的觸發(fā)數(shù)據(jù)資料,.,76,KV,10X,集成測量環(huán)境-探頭是儀器,HiZLowLoading,HighVoltageDifferential,LowAmplitudeDifferential,DirectReadoutCurrent,uV,A,FET,DirectReadoutinAmperes&Watts,HighPerformancePassive,Low-noiseuVranges,Safefloatingmeasurements,MinimumCircuiteffects,Matchedtoscope,AmpsWattsVolts,O/E,Optical/ElectroConverters,DirectreadoutinmW,.,77,探頭的類型,探頭VoltageLogicCurrentTemperatureOptical,PassiveActive,Z0HighZDifferential,Differential,PassiveActive,PassiveActive,ACDC,.,78,理想的電壓探頭,理想的探頭將不影響信號的測量帶寬無限零輸入電容無窮大輸入電阻無限動態(tài)范圍,.,79,探頭對被測點的影響,不加探頭Gain=-RCRE加探頭,f0