示波器工作原理

1、關(guān)于示波器工作原理第一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月概述 自然界存在著各種形式的波，比如海浪、地震、聲波、爆破、空氣中傳播的聲音，或者身體運(yùn)轉(zhuǎn)的自然節(jié)律。物理世界里，能量、振動粒子和不可見的力無處不在。即使是光（波粒二象物質(zhì)）也有自己的頻率，并因為頻率的不同呈現(xiàn)出不同的顏色。 通過傳感器，這些力可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺员阃ㄟ^示波器能夠進(jìn)行觀察和研究。有了示波器，我們就能夠“觀察”隨時間變化的事件。 示波器是任何設(shè)計、制造或是維修電子設(shè)備的必備之物。當(dāng)今世界瞬時萬變，工程師們需要最好的工具，快速而精確地解決測量疑難。 示波器的用途不僅僅局限于電子領(lǐng)域。示波器利用信號變換器，適用于各種各樣的

2、物理現(xiàn)象。信號變換器能夠響應(yīng)各種物理激勵源，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，包括聲音、機(jī)械應(yīng)力、壓力、光、熱。麥克風(fēng)屬于信號變換器，它實現(xiàn)把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。由示波器收集科學(xué)數(shù)據(jù)的例子如圖1所示。第二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月示波器 什么是示波器，它是如何工作的？ 示波器是一種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，是基本的電子測量儀器，它描繪電信號的圖形曲線。在大多數(shù)應(yīng)用中，呈現(xiàn)的圖形能夠表明信號隨時間的變化過程：垂直（Y）軸表示電壓，水平（X）軸表示時間。有時稱亮度為Z 軸。(參看圖2) 這一簡單的圖形能夠說明信號的許多特性，例如： 信號的時間和電壓值 振蕩

3、信號的頻率 信號所代表電路的“變化部分” 信號的特定部分相對于其他部分的區(qū)別 是否存在故障部件使信號產(chǎn)生失真 信號的直流值 (DC) 和交流值 (AC) 信號的噪聲值和噪聲是否隨時間變化圖2. 顯示波形的X、Y和Z分量第三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月理解波形和波形的測量 通常把隨時間重復(fù)的模式稱為波，聲波、腦電波、海浪、電壓波形都具有重復(fù)的特點。示波器測量的是電壓波形。波的周期是波動重復(fù)的部分。波形是波的圖形表現(xiàn)形式。電壓波形描述水平方向的時間和垂直方向的電壓。 波形能夠揭示信號的許多特性。當(dāng)看到波形的高度變化，則表示電壓值在變化。當(dāng)看到的是平坦的水平線，則表示在一段時間內(nèi)，信號沒

4、有變化。平直斜線表示線性變化，電壓以恒定的斜率上升或下降。波形中的尖角指示的是突然的變更。圖3提供出普通波形圖，而圖4展示出這些普通波形的來源。第四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月波的類型大多數(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周期和非周期信號同步和異步信號復(fù)雜波正弦波 有幾個原因說明正弦波是基本波形。它具有和諧的數(shù)學(xué)特性，與正弦函數(shù)曲線的形狀一樣。房間墻角的電源出口輸出的電壓值也如同正弦波那樣變化。信號發(fā)生器振蕩電路產(chǎn)生的測試信號通常就是正弦波。大多數(shù)AC電源產(chǎn)生的是正弦波。（AC表示的是交流，實際上電壓值也在改變。DC表示的是直流，同時意味著穩(wěn)定的電流

5、和電壓，電池產(chǎn)生的就是DC。） 衰減的正弦波是振蕩電路產(chǎn)生的特殊實例，它隨時間而衰減。圖5是正弦波和衰減的正弦波的示例。方波和矩形波 方波是另一種常見的波形。從本質(zhì)上看，方波是以相同的時間間隔，不停開關(guān)的電壓（或者不斷為高低值）。它是測試放大器的標(biāo)準(zhǔn)波形，好的放大器在增加方波幅值的同時有最小的失真。電視、廣播和計算機(jī)電路中經(jīng)常使用方波作為定時信號。 矩形波與方波類似，不同之處在于高低電壓值的間隔時間并不等長。在分析數(shù)字電路時，矩形波非常有用。圖6 是方波和矩形波的示例。鋸齒波和三角波 鋸齒波和三角波來源于線性控制電壓的電路。例如，模擬示波器的水平掃描，或者電視的光柵掃描。這類波形以恒定速率對電

6、壓電平值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這些漸增過程稱為斜坡信號。圖7 是鋸齒波和三波的示例。第五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月階躍波和脈沖波 階躍波和脈沖波之類的信號很少發(fā)生，并且是非周期信號。這類信號被稱為單脈沖或瞬時信號。階躍波指示的是電壓的突然變化，打開電源開關(guān)時電壓的情況即是如此。 脈沖指的是電壓的突然的兩次變化，打開電源開關(guān)馬上又關(guān)閉時，產(chǎn)生的電壓波形就是脈沖。在計算機(jī)電路進(jìn)行傳輸時，一個脈沖可以表示信息的一位。一系列傳輸脈沖的集合成為脈沖序列。計算機(jī)的數(shù)字部件通過脈沖進(jìn)行相互通信。圖8是階躍波、脈沖波和脈沖序列的示例。周期信號和非周期信號 不斷重復(fù)的信號稱為周期信號，而不斷變化的信號稱為非周

7、期信號。靜止圖象與周期信號相似，而移動圖象則與非周期信號等同。同步信號和異步信號 如果二信號之間具備定時關(guān)系，則稱它們是同步的。舉例來說，計算機(jī)中的時鐘、數(shù)據(jù)和地址信號就是同步信號。 異步用來說明信號之間沒有定時關(guān)系。比如說，接觸計算機(jī)鍵盤的行為和計算機(jī)內(nèi)部的時鐘之間沒有時間的關(guān)聯(lián)，兩者可被認(rèn)為是異步的。復(fù)雜波 一些波形組合正弦波、方波、階躍波和脈沖的特性，形成新的波形，信號的信息可以置入幅值、相位中，可能還置入頻率變量當(dāng)中。例如，圖9表示的是平常的復(fù)合視頻信號，但是在低頻包絡(luò)里也置入了許多高頻波形周期。對于這個例子，理解各處的相對電平和定時關(guān)系是非常重要的。為了觀察這樣的信號，需要用示波器來

8、捕獲低頻包絡(luò)，并以一定的亮度級表示復(fù)雜高頻波形。如此一來，就可以觀察到整個混合圖象，方便直觀地進(jìn)行解釋說明。對于如圖9所示的視頻信號，模擬和數(shù)字的熒光示波器非常適合觀察這樣的復(fù)雜波形。第六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月波形測量使用示波器時有許多測量參數(shù)。下面對一些常見的測量參數(shù)進(jìn)行說明。頻率和周期 不斷重復(fù)的信號具有頻率特性。頻率的單位是赫茲（Hz），表示一秒時間內(nèi)信號重復(fù)的次數(shù)。稱為周期每秒。重復(fù)信號也具有周期特性，即信號完成一個循環(huán)所需要的時間量。周期和頻率互為倒數(shù)關(guān)系，即(1/ 周期)等于頻率，同理(1/ 頻率)等于周期。例如，如圖10 所示，該正弦信號的頻率是3Hz，而周期是

9、1/3 秒。電壓 電壓是電路兩點間的電勢能或信號強(qiáng)度。有時把地線或零電壓作為參考點。如果測量的是波形從最高峰值到最低峰值的電壓值，則稱為電壓的峰值- 峰值。幅度 幅度是指電路兩點間電壓量。幅度通常指被測信號以地或零電壓為參考時的最大電壓。圖11 所示的波形的幅度為1V，而電壓的峰值- 峰值為2V。第七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月相位 參照正弦波很容易理解相位。正弦波的電壓值是基于圓形運(yùn)動的。參照圖11，一個圓的度數(shù)是360,而正弦波的一個周期也是360。為描述經(jīng)過的周期數(shù)，可以參照正弦波的相位的角度。 相移用來描述兩個不同相似信號在時間上的差值。圖12中，標(biāo)號為“電壓”的波形比標(biāo)號

10、為“電流”的波形超前90，因為兩者到達(dá)同一點剛好相差1/4 周（360/4 = 90）。在電子學(xué)中，相移比較普遍。利用數(shù)字示波器對波形進(jìn)行測量 現(xiàn)代的數(shù)字示波器使波形測量變得更為容易。通過前面板按鈕，以及基于屏幕的菜單，可方便選擇全自動的測量參數(shù)。包括幅值、周期、上升/下降時間，等等。許多數(shù)字儀器也能提供均值和均方值的計算、占空比和其他數(shù)學(xué)運(yùn)算。自動化測量通過屏幕讀取數(shù)值。一般來說，讀取的數(shù)值可能比直接利用指針式工具的測量更為準(zhǔn)確。 一些數(shù)字熒光示波器用到的全自動波形測量參數(shù)有：周期頻率寬度寬度上升時間下降時間幅度消光率平均光功率占空比占空比延遲相位突發(fā)寬度峰值-峰值均值周期均值周期區(qū)高低最小

11、值最大值過沖過沖均方值周期均方值第八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月示波器的類型 電子設(shè)備可以劃分為兩類：模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。模擬設(shè)備的電壓變化連續(xù)，而數(shù)字設(shè)備處理的是代表電壓采樣的離散二元碼。傳統(tǒng)的電唱機(jī)是模擬設(shè)備，而CD 播放器是屬于數(shù)字設(shè)備。 同樣，示波器也能分為模擬和數(shù)字類型。模擬和數(shù)字示波器都能夠勝任大多數(shù)的應(yīng)用。但是，對于一些特定應(yīng)用，由于兩者具備的不同特性，每種類型都有適合和不適合的地方。作進(jìn)一步劃分，數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲示波器（DSO）、數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。模擬示波器 在本質(zhì)上，模擬示波器工作方式是直接測量信號電壓，并通過從左到右穿過示波器屏幕的

12、電子束在垂直方向描繪電壓。示波器屏幕通常是陰極射線管（CRT）。電子束投到熒幕的某處，屏幕后面總會有明亮的熒光物質(zhì)。當(dāng)電子束水平掃過顯示器時，信號的電壓是電子束發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)，跟蹤波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置電子束投射的頻度越大，顯示得也越亮。 CRT 限制著模擬示波器顯示的頻率范圍。在頻率非常低的地方，信號呈現(xiàn)出明亮而緩慢移動的點，而很難分辨出波形。在高頻處，起局限作用的是CRT的寫速度。當(dāng)信號頻率超過CRT的寫速度時，顯示出來的過于暗淡，難于觀察。模擬示波器的極限頻率約為1GHz。 當(dāng)把示波器探頭和電路連接到一起后，電壓信號通過探頭到達(dá)示波器的垂直系統(tǒng)。圖13 描述模擬示波器是如何顯

13、示被測信號。設(shè)置垂直標(biāo)度（對伏特/格進(jìn)行控制）后，衰減器能夠減小信號的電壓，而放大器可以增加信號電壓。隨后，信號直接到達(dá)CRT的垂直偏轉(zhuǎn)板。電壓作用于這些垂直偏轉(zhuǎn)板，引起亮點在屏幕中移動。亮點是由打在CRT內(nèi)部熒光物質(zhì)上的電子束產(chǎn)生的。正電壓引起點向上運(yùn)動，而負(fù)電壓引起點向下運(yùn)動。第九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月模擬示波器波形顯示原理只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓的情形只在水平偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓的情形示波器顯示正弦波原理圖第十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 被測信號需經(jīng)過觸發(fā)系統(tǒng)，啟動或觸發(fā)水平掃描。水平掃描產(chǎn)生亮點在屏幕中水平移動的行為。觸發(fā)水平掃描后，亮點以水平時基為

14、基準(zhǔn)，依照特定的時間間隔從左到右移動。許多快速移動的亮點融合到一起，形成實心的線條。 水平掃描和垂直偏轉(zhuǎn)共同作用，形成顯示在屏幕上的信號圖象。觸發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定重復(fù)的信號，它確保掃描總是從重復(fù)信號的同一點開始，目的就是使呈現(xiàn)的圖象清晰。參照圖14。 另外，模擬示波器有對聚焦和亮度的控制，可調(diào)節(jié)出銳利和清晰的顯示結(jié)果。 為顯示“實時”條件下或突發(fā)條件下快速變化的信號，人們經(jīng)常推薦使用模擬示波器。模擬示波器的顯示部分基于化學(xué)熒光物質(zhì)，它具有亮度級這一特性。在信號出現(xiàn)越多的地方，軌跡就越亮。通過亮度級，僅觀察軌跡的亮度就能區(qū)別信號的細(xì)節(jié)。數(shù)字示波器 與模擬示波器不同，數(shù)字示波器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC

15、）把被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進(jìn)行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止。隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。（參看圖15。） 數(shù)字示波器分為數(shù)字存儲示波器（DSO）、數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。 數(shù)字的手段則意味著，在示波器的顯示范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對重復(fù)的信號而言，數(shù)字示波器的帶寬是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為-3dB 點。對于單脈沖和瞬態(tài)事件，例如脈沖和階躍波，帶寬局限于示波器采樣率之內(nèi)。第十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月數(shù)字存儲示波器 常規(guī)的數(shù)字示波器是數(shù)字存儲示波器（DSO）。它的顯示

16、部分更多基于光柵屏幕而不是基于熒光。 數(shù)字存儲示波器（DSO）便于捕獲和顯示那些可能只發(fā)生一次的事件，通常稱為瞬態(tài)現(xiàn)象。以數(shù)字形式表示波形信息，實際存儲的是二進(jìn)制序列。這樣，利用示波器本身或外部計算機(jī)，方便進(jìn)行分析、存檔、打印和其他的處理。波形沒有必要是連續(xù)的；即使信號已經(jīng)消失，仍能夠顯示出來。與模擬示波器不同的是，數(shù)字存儲示波器能夠持久地保留信號，可以擴(kuò)展波形處理方式。然而，DSO沒有實時的亮度級；因此，他們不能表示實際信號中不同的亮度等級。 組成DSO的一些子系統(tǒng)與模擬示波器的一些部分相似。但是，DSO包含更多的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，因此它能夠收集顯示整個波形的數(shù)據(jù)。從捕獲信號到在屏幕上顯示波形

17、，DSO采用串行的處理體系結(jié)構(gòu)，如圖16所示。隨后將對串行處理體系作講解。串行處理體系結(jié)構(gòu) 與模擬示波器一樣，DSO 第一部分（輸入）是垂直放大器。在這一階段，垂直控制系統(tǒng)方便調(diào)整幅度和位置范圍。緊接著，在水平系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）部分，信號實時在離散點采樣，采樣位置的信號電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，這些數(shù)字值稱為采樣點。該處理過程稱為信號數(shù)字化。水平系統(tǒng)的采樣時鐘決定ADC采樣的頻度。該速率稱為采樣速率，表示為樣值每秒（S/s）。第十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 來自ADC的采樣點存儲在捕獲存儲區(qū)內(nèi)，叫做波形點。幾個采樣點可以組成一個波形點。波形點共同組成一條波形記錄。創(chuàng)建一條波形記

18、錄的波形點的數(shù)量稱為記錄長度。觸發(fā)系統(tǒng)決定記錄的起始和終止點。 DSO信號通道中包括微處理器，被測信號在顯示之前要通過微處理器處理。微處理器處理信號，調(diào)整顯示運(yùn)行，管理前面板調(diào)節(jié)裝置，等等。信號通過顯存，最后顯示到示波器屏幕中。 在示波器的能力范圍之內(nèi)，采樣點會經(jīng)過補(bǔ)充處理，顯示效果得到增強(qiáng)?？梢栽黾宇A(yù)觸發(fā)，使之在觸發(fā)點之前也能觀察到結(jié)果。目前大多數(shù)數(shù)字示波器也提供自動參數(shù)測量，使測量過程得到簡化。 DSO 提供高性能處理單脈沖信號和多通道的能力（參看圖17）。DSO是低重復(fù)率或者單脈沖、高速、多通道設(shè)計應(yīng)用的完美工具。圖17. TDS694C 提供多通道同時的高速單次脈沖捕獲，增加了對偶發(fā)毛

19、刺和瞬態(tài)現(xiàn)象的捕獲第十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月數(shù)字熒光示波器 數(shù)字熒光示波器（DPO）為示波器系列增加了一種新的類型。DPO的體系結(jié)構(gòu)使之能提供獨(dú)特的捕獲和顯示能力，加速重構(gòu)信號。 DSO 使用串行處理的體系結(jié)構(gòu)來捕獲、顯示和分析信號；相對而言，DPO為完成這些功能采納的是并行的體系結(jié)構(gòu)，如圖18所示。DPO采用ASIC硬件構(gòu)架捕獲波形圖象，提供高速率的波形采集率，信號的可視化程度很高。它增加了證明數(shù)字系統(tǒng)中的瞬態(tài)事件的可能性。并行處理體系結(jié)構(gòu) DPO的第一階段（輸入）與模擬示波器相似（垂直放大器），第二階段與DSO 相似（ADC）。但是，在模數(shù)轉(zhuǎn)換后，DPO與原來的示波器相

20、比就有顯著的不同之處。 對所有的示波器而言，包括模擬、DSO和DPO示波器，都存在著釋抑時間。在這段時間內(nèi)，儀器處理最近捕獲的數(shù)據(jù)，重置系統(tǒng)，等待下一觸發(fā)事件的發(fā)生。在這段時間內(nèi)，示波器對所有信號都是視而不見的。隨著釋抑時間的增加，對查看到低頻度和低重復(fù)事件的可能性就會降低。 請注意，由顯示的更新速率簡單地推斷采集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠顯示更新速率，就確認(rèn)示波器能采集到波形的所有相關(guān)信息，那么是很容易犯錯誤的，因為，實際上示波器并沒有作到。 數(shù)字存儲示波器串行處理采集到的波形。由于微處理器限制著波形的采集速率，所以微處理器是串行處理的瓶頸。 DPO把數(shù)字化的波形數(shù)據(jù)進(jìn)一步光柵化，

21、存入熒光數(shù)據(jù)庫中。每1/30秒，這大約是人類眼睛能夠覺察到的最快速度，存儲到數(shù)據(jù)庫中的信號圖象直接送到顯示系統(tǒng)。波形數(shù)據(jù)直接光柵化，以及直接把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)拷貝到顯存中，兩者共同作用，改變了其他體系在數(shù)據(jù)處理方面的瓶頸。結(jié)果是增加了“使用時間”，增強(qiáng)顯示更新能力。信號細(xì)節(jié)、間斷事件和信號的動態(tài)特性都能實時采集。DPO微處理器與集成的捕獲系統(tǒng)一道并行工作，完成顯示管理、自動測量和設(shè)備調(diào)節(jié)控制工作，同時，又不影響示波器的捕獲速度。第十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 DPO能如實地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，并在三維顯示信號：時間、幅度和以時間為參變量的幅度變化，三者都是實時的。 模擬示波

22、器依靠化學(xué)熒光物質(zhì)，與此不同，DPO使用完全的電子數(shù)字熒光，其實質(zhì)是不斷更新的數(shù)據(jù)庫。針對示波器顯示屏幕的每一個點，數(shù)據(jù)庫中都有獨(dú)立的“單元（cell）”。一旦采集到波形（即示波器一觸發(fā)），波形就映射到數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫的單元組內(nèi)。每一個單元代表著屏幕中的某位置。當(dāng)波形涉及到該單元，單元內(nèi)部就加入亮度信息；沒有涉及到則不加入。因此，如果波形經(jīng)常掃過的地方，亮度信息在單元內(nèi)會逐步累積。 當(dāng)數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫傳送到示波器的顯示屏幕后，根據(jù)各點發(fā)生的信號頻率的比例，顯示屏展示加入亮度形式的波形區(qū)域，這與模擬示波器的亮度級特性非常類似。DPO也可以顯示不斷變化的發(fā)生頻率的信息，顯示屏對不同的信息呈現(xiàn)不同的顏色

23、，這一點與模擬示波器不同。利用DPO，可以比較由不同觸發(fā)器產(chǎn)生的波形之間的異同，例如，比較某波形與第100 號觸發(fā)器產(chǎn)生波形的區(qū)別。 數(shù)字熒光示波器（DPO）突破模擬和數(shù)字示波器技術(shù)之間的障礙。它同時適合觀察高頻和低頻信號、重復(fù)波形，以及實時的信號變化。只有DPO 實時提供Z（亮度）軸，常規(guī)的DSO 已經(jīng)喪失了這一功能。 對那些需要最好的通用設(shè)計和故障檢測工具以適合大范圍應(yīng)用的人來說，DPO是一個理想工具。DPO典型應(yīng)用有：通信模板測試，中斷信號的數(shù)字調(diào)試，重復(fù)的數(shù)字設(shè)計和定時應(yīng)用。第十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月數(shù)字采樣示波器 當(dāng)測量高頻信號時，示波器也許不能在一次掃描中采集足

24、夠的樣值。如果需要正確采集頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器采樣頻率的信號，那么數(shù)字采樣示波器是一個不錯的選擇（參看圖21）。這種示波器采集測量信號的能力要比其他類型的示波器高一個數(shù)量級。在測量重復(fù)信號時，它能達(dá)到的帶寬以及高速定時都十倍于其他示波器。連續(xù)等效時間采樣示波器能達(dá)到50GHz 的帶寬。 與數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器體系結(jié)構(gòu)不同，在數(shù)字采樣示波器的體系結(jié)構(gòu)中，置換了衰減器/ 放大器于采樣橋的位置，參照圖20。在衰減或放大之前對輸入信號進(jìn)行采樣。由于采樣門電路的作用，經(jīng)過采樣橋以后的信號的頻率已經(jīng)變低，因此可以采用低帶寬放大器，其結(jié)果，整個儀器的帶寬得到增加。 然而，采樣示波器帶寬的增加帶來的負(fù)面影響

25、是動態(tài)范圍的限制。由于在采樣門電路之前沒有衰減器/ 放大器，所以不能對輸入信號進(jìn)行縮放。所有時刻的輸入信號都不能超過采樣橋滿動態(tài)范圍。因此，大多數(shù)采樣示波器的動態(tài)范圍都限制在1V 的峰值- 峰值。另一方面，數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器卻能夠處理50 到100 伏特的輸入。 另外，采樣橋的前面不能增加保護(hù)二極管，否則會限制帶寬。因此，采樣示波器的安全輸入電壓大約只有3V，相對而言，其他示波器可以高達(dá)500V。第十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖22. 示波器的前面板調(diào)節(jié)控制部分示波器的各個系統(tǒng)和控制 示波器包含四個不同的基本系統(tǒng)：垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、觸發(fā)系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。理解每一個系統(tǒng)的含

26、義，有助于您更有效地應(yīng)用示波器，完成特定的測量任務(wù)。 下面簡要描述模擬和數(shù)字示波器的基本的系統(tǒng)和調(diào)節(jié)控制。模擬和數(shù)字示波器的一些控制并不相同。 示波器的前面板分為三個主要的區(qū)域，標(biāo)注為垂直區(qū)、水平區(qū)和觸發(fā)區(qū)。由于模式和類型（模擬或數(shù)字）不同，您的示波器也許還有其他的區(qū)域。參看圖22，當(dāng)使用示波器時，為接收輸入信號，需要對以下配置進(jìn)行調(diào)整：信號的衰減和放大值:通過控制伏特/格，可以把信號的幅度調(diào)整到期望測量范圍內(nèi)。時基:通過控制秒/ 格，可以顯示屏中每一水平刻度代表的時間量。示波器觸發(fā):利用觸發(fā)電平，可以穩(wěn)定重復(fù)信號，或者觸發(fā)單一的事件。垂直系統(tǒng)和控制 波形垂直的位置和標(biāo)度由垂直控制部分調(diào)控。垂

27、直控制還能設(shè)置耦合方式和其他的信號條件。通用垂直控制包括： 端接設(shè)備:1M 歐/50 歐; 耦合方式:DC 直流/AC 交流/GND 地線;位置; 偏移; 轉(zhuǎn)置開/關(guān); 標(biāo)度; 可變; 縮放;帶寬限制:20 MHz/250 MHz/全帶寬; 第十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月位置和每刻度電壓 垂直位置控制使您能按照需求準(zhǔn)確地上下移動波形。 調(diào)節(jié)每刻度電壓值（通常記為volts/div，伏特/格），那么顯示波形大小會隨之改變。較好的通用示波器可以精確顯示信號電平范圍大概是從4微伏到40 伏特。 伏特/ 格是一個標(biāo)度因數(shù)。假設(shè)分為八個主要的刻度格子，如果伏特/格設(shè)置為5伏特，則八個垂直

28、格中的每一個都表示5伏特，那么從下到上整個屏幕可以顯示40伏特。如果設(shè)置的是0.5 伏特/格，那么從下到上可以顯示4伏特，依此類推。屏幕顯示的最大電壓是伏特/ 格乘上垂直刻度的數(shù)量。注意探頭有1X 或10X，它也影響標(biāo)度因數(shù)。如果示波器沒有把伏特/ 格除以衰減系數(shù)，那么您自己應(yīng)該留意。 通常，伏特/格有可變的增益控制或精密增益控制，使顯示的信號標(biāo)度在數(shù)個合適的刻度內(nèi)。利用這樣的控制方式，方便對上升時間等的測量。輸入耦合 耦合指的是一個電路與另外一個電路中的電信號的連接方式。既然這樣，那么輸入耦合就指測試電路與示波器的連接。耦合方式可以設(shè)置為DC、AC或者地線。DC耦合會顯示所有輸入信號。而AC

29、 耦合去除信號中的直流成分，結(jié)果是顯示的波形始終以零電壓為中心。圖23 圖解了兩者的不同之處。第十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月地線 地線的設(shè)置不需要輸入信號與垂直系統(tǒng)相連。觀察地線，就可以知道屏幕中零電壓的位置。如果使用的是地線輸入耦合和自動觸發(fā)模式，那么屏幕中就有一條表示零電壓值的水平線。測試信號電壓相對地的電平值的便捷方法為，把耦合從DC 轉(zhuǎn)換到地，再重新轉(zhuǎn)換回DC。帶寬限制 大多數(shù)示波器中存在限制示波器帶寬的電路。限制帶寬后，可以減少顯示波形中不時出現(xiàn)的噪聲，顯示的波形會顯得更為清晰。請注意，在消除噪聲的同時，帶寬限制同樣會減少或消除高頻信號成分。交替和斷續(xù)顯示模式 模擬示

30、波器顯示多個信道時采用交替（alternate）或斷續(xù)（chop）模式。（許多數(shù)字示波器可以同時表示多個信道，而不需要使用間隔和交替模式。） 交替模式輪流繪制每一通道：示波器首先完成通道1 的掃描，馬上對通道2 進(jìn)行掃描，接著又掃描通道1，如此循環(huán)。這一模式適用于中速到高速的信號，此時秒/ 格標(biāo)度設(shè)置在0.5ms，甚至更快。 斷續(xù)模式是示波器前后變換著描繪信號中的一小段。變換的速度相當(dāng)快，人眼難以注意到，波形看上去也是一個整體。典型地，捕獲的掃描速度為1ms或者更低的慢速信號，可以采用這一模式。圖24圖解出兩者的不同之處。有時為了得到最好的顯示效果，需要在兩種模式中作出選擇。第十九張，PPT共

31、九十頁，創(chuàng)作于2022年6月水平系統(tǒng)和控制 示波器的水平系統(tǒng)與輸入信號有更多的直接聯(lián)系，采樣速率和記錄長度等需要在此設(shè)定。水平控制用來表示波形水平方向的位置和標(biāo)度。通用的水平控制包括： 主時基;延遲時基;XY 模式;標(biāo)度:波形蹤跡區(qū)分;記錄長度;分辨率;采樣速率; 觸發(fā)位置;縮放;捕獲控制 對數(shù)字示波器，用戶可以控制捕獲系統(tǒng)如何處理信號。請察看您自己的示波器的捕獲選項。圖25 給出的是一個捕獲菜單的例子。捕獲模式 捕獲模式控制如何從采樣點中產(chǎn)生出波形點。采樣點是直接從模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）中得到的數(shù)字值。采樣間隔指的是相鄰采樣點的時間。波形點指的是存儲在存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)字值，它將重構(gòu)顯示波形。相鄰波

32、形點之間的時間差用波形間隔表示。 采樣間隔和波形間隔可以一致，也可以不一樣。由此產(chǎn)生出幾種不同的實際捕獲模式，其中一個波形點可以由數(shù)個捕獲的采樣點序列構(gòu)成，另外有一種捕獲模式，波形點是由若干捕獲產(chǎn)生的采樣點共同構(gòu)成。隨后將介紹最常用的捕獲模式。第二十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月捕獲模式的類型采樣模式：這是最簡單的捕獲模式。每一個波形間隔，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：示波器將波形間隔內(nèi)采樣出來的采樣點，選取其中的最小值和最大值，并把這些樣值當(dāng)作兩個相關(guān)的波形點。采用峰值檢測模式的示波器以非常高的采樣速率運(yùn)行ADC，即便設(shè)置的時基非常慢也是如此（慢時基等

33、效為長的波形間隔）。采樣模式不能捕獲發(fā)生在波形點之間的快速變化的信號（參看圖26），而峰值檢測模式可以捕獲到。利用峰值檢測，非常有效地能觀察到偶爾發(fā)生的窄脈沖（如圖27 所示）。高分辨率 (Hi Res) 模式：與峰值檢測一樣，當(dāng)ADC采樣快于時基的設(shè)置要求時，高分辨率模是獲取更多信息的一種方法。對于這種模式，在一個波形點時間間隔內(nèi)，采多個樣值，然后算出平均值，得到一個波形點。噪聲會對結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響，而低速信號的分辨率會提高。包絡(luò)模式：包絡(luò)模式與峰值檢測模式類似。但是包絡(luò)模式是由多次捕獲得到的多個波形的最小和最大波形點，重新組合為新波形，表示波形隨時間變化的最小/最大量。常常利用峰值檢測模式

34、來捕獲記錄，組合為包絡(luò)波形。平均值模式：對于平均值模式，在每一個波形間隔，示波器存儲一個采樣點，這一點與采樣模式一致。隨后處理方式則不同，該模式算出連續(xù)捕獲得到的波形點的平均值，然后產(chǎn)生最后的顯示波形。平均值模式在減少噪聲的同時并沒有損失帶寬，但它處理對象是重復(fù)的信號。第二十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月位置和秒/格 水平位置控制使波形在屏幕上左右準(zhǔn)確移動。 秒/格設(shè)置（通常記為sec/div，秒/ 格）可以使您選擇波形描繪到屏幕上的速率（也被稱為時基設(shè)置和掃描速度）。該設(shè)置是一個標(biāo)度因數(shù)。如果設(shè)置為1ms，則表示水平方向每刻度表示1ms，而整個屏幕寬度代表10ms，或者10 格。

35、改變sec/div 設(shè)置，可以看到輸入信號的時間間隔作增長和縮短的變化。 垂直方向的標(biāo)度是伏特/格，水平方向的標(biāo)度是秒/格。水平方向改變定時關(guān)系。在各種離散設(shè)定中，可以調(diào)節(jié)水平的時間標(biāo)度。時基選擇 示波器有時間基準(zhǔn)，通常指的是主時基。許多示波器還有一種延遲時基，即基于一種掃描的時間，該掃描是在基于主時基的掃描之后經(jīng)過預(yù)先確定的時間啟動的（或經(jīng)過觸發(fā)而啟動）。使用延遲時基掃描，可以更清晰地觀察實例，或者是觀察到在主時基掃描中不能單獨(dú)看到的情況。 為了實現(xiàn)延遲時基，需要對時間延遲設(shè)置，還可能要使用延遲觸發(fā)模式，以及其他沒有在此涉及的設(shè)置。參照示波器同時提供的手冊，可以了解到如何使用這些特性的信息。

36、縮放 示波器可能有一種專門的水平放大設(shè)置，通過它，可以在屏幕上放大波形的一部分。數(shù)字存儲示波器（DSO）在存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)部分有對縮放的操作。XY 模式 大多數(shù)模擬示波器有XY模式來顯示輸入信號，而普通的水平軸是時間基線。這種操作模式揭示了相移測量技術(shù)的這種全新領(lǐng)域。第二十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月Z 軸 數(shù)字熒光示波器（DPO）具有高的顯示采樣密度，以及天生具有采集亮度信息的能力。通過亮度軸（Z 軸），DPO能提供第三個方向，與模擬示波器那樣的實時顯示很相似。觀察DPO的軌跡，可以看到亮度域，即信號經(jīng)常發(fā)生的地方。從這樣的顯示中，很容易區(qū)別基本信號形狀和那些偶爾發(fā)生的瞬態(tài)信號，因

37、為基本信號顯示出來的更亮。Z軸的一個應(yīng)用是，把特殊的時間信號分別置入Z軸的輸入端，可以在波形中形成高亮顯示的表示時間間隔的“標(biāo)記”點。XYZ 模式 有一些DPO 使用Z 輸入，建立XY 顯示的亮度級。既然如此，可以把DPO 采樣到的瞬時數(shù)據(jù)值放到Z 的輸入端，這樣可以限定波形的特定部分。一旦限定采樣后，這些樣值又可以存儲下來，結(jié)果是有亮度等級的XYZ 顯示。XYZ 模式可以顯示極點，這在測試無線通信設(shè)備特別適用（例如，星座圖）。觸發(fā)系統(tǒng)和控制 示波器的觸發(fā)功能可以在信號的正確點處同步水平掃描，這對表現(xiàn)清晰的信號特性非常重要。觸發(fā)控制可以穩(wěn)定重復(fù)波形，采集單脈沖波形。 觸發(fā)器使重復(fù)波形能夠在示波

38、器屏幕上穩(wěn)定顯示，實現(xiàn)方法是不斷地顯示輸入信號的相同部分?？梢韵胂螅绻恳淮螔呙璧钠鹗级紡男盘柕牟煌恢瞄_始，那么屏幕上的圖象會很混亂，如圖35 所示。第二十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 模擬和數(shù)字示波器都有邊緣觸發(fā)的方式，邊緣觸發(fā)是最基本和常見的類型。模擬和數(shù)字示波器都提供觸發(fā)門限，除此之外，許多數(shù)字示波器提供許多特定的觸發(fā)設(shè)置，而這些設(shè)置是模擬設(shè)備所不具備的。這些觸發(fā)器可以響應(yīng)輸入信號的不同條件，這樣會使檢測簡化。例如，如果一個脈沖比實際應(yīng)該達(dá)到的寬度要窄。若是只使用電壓門限的觸發(fā)器，不可能檢測到這樣的脈沖。 高級觸發(fā)控制使您可以單獨(dú)關(guān)注感興趣的地方，這樣可以使示波器采樣速

39、率和記錄長度得到優(yōu)化。有一些示波器提供更高級的可選控制。您可以定義由脈沖幅度觸發(fā)（比如矮脈沖），由時間限定（脈沖寬度、毛刺、信號壓擺速率、建立/ 保持時間違規(guī)和超時），以及由邏輯狀態(tài)或碼型（邏輯觸發(fā)方式）。為檢查通信信號，有一些示波器專門設(shè)計出可供選擇的觸發(fā)控制方式。有些示波器也提供簡化的用戶界面，提供適用于各種測試的觸發(fā)參數(shù)的快速配置。壓擺率觸發(fā):如果高頻信號的響應(yīng)速率比期望或需要的快，則發(fā)出易出故障的能量。響應(yīng)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，以及允許您選擇觸發(fā)邊緣的快慢。毛刺觸發(fā):當(dāng)數(shù)字脈沖比用戶定義的時間限制短或長的時候，可以利用毛刺脈沖觸發(fā)方式識別出來。即使毛刺脈沖

40、很少，這種觸發(fā)控制能使您檢查出產(chǎn)生的原因，以及它們對其他信號的影響。脈沖寬度觸發(fā):利用脈沖寬度觸發(fā)，您可以長時間監(jiān)視信號，當(dāng)脈沖的持續(xù)時間（脈沖寬度）第一次超過允許范圍時，引起觸發(fā)。超時觸發(fā):利用超時觸發(fā)，基于特定時滯設(shè)置觸發(fā)，可以不必等到觸發(fā)脈沖結(jié)束就可以產(chǎn)生觸發(fā)事件。矮脈沖觸發(fā):利用短脈沖觸發(fā)，可以采集和檢查通過一個邏輯門限，但不能同時通過二個的脈沖。邏輯觸發(fā):如果輸入通道的邏輯組合滿足觸發(fā)條件時，產(chǎn)生觸發(fā)，則為邏輯觸發(fā)，這特別適用于驗證數(shù)字邏輯的操作。建立和保持觸發(fā):只有建立和保持觸發(fā)才能捕獲到建立和保持時間內(nèi)的違例情況，使用其他模式必然會忽略掉此情況。當(dāng)同步的數(shù)據(jù)信號未能滿足建立和保持

41、規(guī)格時，采用觸發(fā)模式可輕松地采集到特定的信號質(zhì)量和定時細(xì)節(jié)。通信觸發(fā):在一些示波器中可選。這樣的觸發(fā)適合捕獲信號交替反轉(zhuǎn)（Alternate-Mark Inversion,AMI）、傳號碼元反轉(zhuǎn)（Code-Mark Inversion, CMI）和不歸零碼（Non-Return to Zero, NRZ）的大范圍變化情況。第二十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月觸發(fā)電平和斜率 觸發(fā)電平和斜率控制定義基本的觸發(fā)點，決定波形如何顯示，如圖36所示。 觸發(fā)電路擔(dān)當(dāng)比較器的工作。您選擇比較器一個輸入口的斜率和電平。當(dāng)進(jìn)入比較器的另外一個輸入口的觸發(fā)信號與設(shè)定值相匹配的時候，示波器產(chǎn)生觸發(fā)。 斜

42、率控制決定觸發(fā)點是位于信號的上升沿還是下降沿。上升沿具有正斜率，而下降沿是負(fù)斜率。 電平控制決定觸發(fā)點在邊緣的何處發(fā)生。觸發(fā)源 示波器沒有必要對顯示信號進(jìn)行觸發(fā)?？梢杂|發(fā)掃描的觸發(fā)源如下： 任何輸入通道 不同于輸入通道的外部源 電源信號 來自一個或多個通道，并由示波器內(nèi)部定義的信號 大多數(shù)情況，示波器設(shè)置在由被顯示信號的通道觸發(fā)。一些示波器提供觸發(fā)輸出信號，可以成為其他儀器的觸發(fā)信號。 示波器可以使用交替的觸發(fā)源，而不一定是被顯示信號。您應(yīng)該小心謹(jǐn)慎，例如，避免無意之中以通道1 作觸發(fā)，而實際又是顯示的通道2的波形。觸發(fā)模式 觸發(fā)模式?jīng)Q定示波器是否按照信號的條件描繪波形。通用觸發(fā)模式包括正常和

43、自動。 對于正常模式，只有當(dāng)輸入信號滿足設(shè)置的觸發(fā)點時，才進(jìn)行掃描；否則（對模擬示波器而言）屏幕呈黑色或者（對數(shù)字示波器而言）凍結(jié)在上一次捕獲的波形圖上。由于可能不會首先看到信號，如果電平控制的調(diào)整不正確時，正常模式可能會迷失方向。第二十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 即使沒有觸發(fā)，自動模式也能引起示波器的掃描。如果沒有信號輸入，示波器中的定時器觸發(fā)掃描。這使得即使信號并不引起觸發(fā)，顯示也總不會消失。 實踐中，您可能會同時使用兩種模式：采用普通模式，因為即便觸發(fā)以很慢的速率發(fā)生，它也讓您可以觀察所感興趣的內(nèi)容；而采用自動模式，因為幾乎不需要作調(diào)整。 許多示波器也包含了其他的特殊模式

44、，適用于單個掃描、視頻信號的觸發(fā)，或者自動配置觸發(fā)電平。觸發(fā)耦合 就象在垂直系統(tǒng)中選擇AC或DC那樣，可以為觸發(fā)信號選擇各種耦合方式。 除AC和DC耦合之外，您的示波器也許還有高頻抑制、低頻抑制和噪聲抑制的觸發(fā)耦合方式。這些特殊的設(shè)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)。顯示系統(tǒng)和控制 示波器的前面板包括的內(nèi)容有顯示屏、旋鈕、按鈕、開關(guān)，以及用來控制信號捕獲和顯示的指示器。本節(jié)的前面已經(jīng)提及，前面板控制通常分為垂直、水平和觸發(fā)幾個區(qū)域。前面板還包括輸入連接器。 來看一看示波器顯示屏。請注意屏幕中的柵格記號，這些記號形成格子線。垂直和水平線構(gòu)成主刻度格。格子線通常布置為810的區(qū)

45、塊。示波器控制的標(biāo)號（例如伏特/ 格和秒/ 格）通常參照的是主刻度。中央的水平線和垂直線上標(biāo)注的標(biāo)號稱為小刻度，如圖38 所示。許多示波器的屏幕顯示的是每一個垂直刻度表示多少伏特的電壓，以及每一個水平刻度表示多少秒的時間。第二十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月模擬示波器和數(shù)字示波器的顯示系統(tǒng)不相同。通用的控制如下： 亮度控制調(diào)整波形的亮度。當(dāng)增加模擬示波器的掃描速度的時候，需要增加亮度級。 聚焦控制用來調(diào)整波形的銳度，軌跡旋轉(zhuǎn)控制把波形定位到屏幕的水平軸上。受地球磁場的影響，示波器在不同地方有不同的準(zhǔn)線。基于光柵和基于LCD的顯示屏的數(shù)字示波器也許不需要這些控制，因為對于這些顯示屏，

46、整個顯示情況是預(yù)先確定的，這與個人計算機(jī)的顯示一致。與此相對，模擬示波器采用的是直接的光束或者矢量的顯示。 許多DSO 和DPO 有調(diào)色板，可以選擇軌跡顏色以及不同亮度級的顏色。 顯示部分的其他控制包括調(diào)整柵格燈的亮度、屏幕信息的開關(guān)（比如菜單）。其他示波器控制 數(shù)學(xué)和測量操作 也許您的示波器有相加波形的操作，形成新的波形顯示。模擬示波器組合信號，而數(shù)字示波器通過數(shù)學(xué)運(yùn)算創(chuàng)建新的波形。波形相減是另外一種數(shù)學(xué)操作。模擬示波器實現(xiàn)減法運(yùn)算采用的方法是把一個通道的信號反轉(zhuǎn)，然后再采用加法操作。數(shù)字示波器一般也能完成減法操作。圖39 圖解的是通過組合兩個不同信號而創(chuàng)建出第三個波形。 數(shù)字示波器利用內(nèi)部

47、處理器，提供許多高級數(shù)學(xué)操作：相乘、相除、積分、快速傅立葉變換，等等。 我們已經(jīng)講解過初學(xué)者需要了解的基本示波器控制。您的示波器可能還具有許多對其他功能的控制。舉例如下： 自動參數(shù)測量 測量光標(biāo) 為數(shù)學(xué)操作或數(shù)據(jù)輸入配備的小鍵盤 打印能力 示波器與計算機(jī)相連，或者直接與因特網(wǎng)相連的接口第二十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月完整的測量系統(tǒng)探頭 即使是最高級的設(shè)備也只能達(dá)到輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)的精度。探頭的作用是把示波器和測量系統(tǒng)連接起來。精密的測量是從探頭觸點開始的。探頭要與匹配示波器和試驗件（DUT）相匹配，探頭不僅僅要求把信號純潔地送入示波器，還需要放大和保護(hù)，以最大限度滿足信號的完整性

48、和測量的精度。 為確保精確重構(gòu)您的信號，請選擇合適的探頭與示波器配合，保證探頭超過信號帶寬5倍。 探頭實際上也是電路的一部分，引入阻性、容性和感性負(fù)載，這些負(fù)載不可避免地改變測量參數(shù)。當(dāng)需要精確的結(jié)果時，選擇的探頭需要有最小的負(fù)載。與示波器配對的理想的探頭將最小化這種負(fù)載，能充分發(fā)揮您的示波器的能力、特性和容限。 當(dāng)選擇與DUT 的所有重要連接時，還需要考慮的是探頭的尺寸。小尺寸的探頭使對高密度封裝的電路的探測更為容易。探頭的類型無源探頭 在測量一般的信號和電平時，無源探頭使用方便，能夠以普通的價格在大范圍內(nèi)滿足測量需求。當(dāng)測量電源時，配合使用無源電壓探頭和電流探頭是理想的解決方案。 大多數(shù)無

49、源探頭有一些衰減因數(shù)，例如10X、100X，等等。按照慣例，衰減因數(shù)在因數(shù)的后面標(biāo)注X，例如10X衰減探頭。與此對應(yīng)，放大因數(shù)把X 放到前面，例如X10。 10X（讀作“10倍”）衰減探頭減少了電路的負(fù)載，而1X探頭則是極好的通用無源探頭。對于高頻/高阻抗信號源，電路負(fù)載的影響重大，所以首先要分析信號和探頭負(fù)載的相互影響，然后再選擇探頭。10X衰減探頭可改善測量的精確性，同時把示波器輸入的信號幅度減少為原來的十分之一。第二十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 由于10X 衰減探頭削弱了信號，因此很難觀察峰值- 峰值不足10 毫伏的信號。1X 探頭與10X 衰減探頭類似，但沒有衰減電路。

50、由于沒有衰減電路，被測電路會引入更多的干擾?？梢园?0X 探頭作為您的通用探頭，而把1X 探頭用于測量低速、低幅度信號。一些探頭在探頭觸點處提供方便選擇1X和10X 的開關(guān)。如果您的探頭具有這項功能，那么在測量之前確認(rèn)使用了正確的設(shè)置。 10X衰減探頭平衡著探頭的電特性和示波器的電特性。在使用10X衰減探頭之前，需要對特定的示波器調(diào)節(jié)平衡關(guān)系。這種調(diào)整稱為探頭校正。 無源探頭為通用探測提供極好的解決方案。但是，通用無源探頭不能精確測量具有非?？斓纳仙龝r間的信號。還可能會將干擾引入敏感電路。信號時鐘速率和邊緣速度需要穩(wěn)定的上升沿，這需要更高速度和更少負(fù)載影響的探頭。在測量高速/差分信號時，高速有

51、源和差分探頭是理想的解決方法。有源和差分探頭 隨著信號速度的快速增長和低電壓邏輯日益普遍，要獲得精確的測量結(jié)果越來越困難。信號保真度和設(shè)備負(fù)載成為關(guān)鍵問題。高速環(huán)境中完整的測量方案也包括，為匹配示波器性能提供高速、高保真度的探頭方案。 有源和差分探頭專門針對集成電路開發(fā)，在訪問和傳輸?shù)绞静ㄆ鞯倪^程中，它們能夠保護(hù)信號，以確保信號完整性。為測量具有快速上升時間的信號，使用有源或差分探頭可達(dá)到更為精確的結(jié)果。第二十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月性能術(shù)語及其應(yīng)用 掌握一門新技術(shù)通常涉及到學(xué)習(xí)新的詞匯，學(xué)習(xí)使用示波器也是如此。本部分將描述一些常用的度量標(biāo)準(zhǔn)和示波器的性能術(shù)語。這些術(shù)語用來描

52、述一些基本準(zhǔn)則，而這些準(zhǔn)則正是正確選擇操作示波器的依據(jù)。理解和掌握這些術(shù)語將有助于評定和比較不同的示波器。帶寬 帶寬決定示波器對信號的基本測量能力。隨著信號頻率的增加，示波器對信號的準(zhǔn)確顯示能力將下降。本規(guī)范指出示波器所能準(zhǔn)確測量的頻率范圍。示波器帶寬指的是正弦輸入信號衰減到其實際幅度的70.7%時的頻率值，即3dB點，基于對數(shù)標(biāo)度（見圖46）。 如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法分辨高頻變化。幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會消失，細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失。如果沒有足夠的帶寬，得到的關(guān)于信號的所有特性都毫無意義。 5 倍準(zhǔn)則 (The 5 times rule) 示波器所需帶寬被測信號的最高頻率成分 5 測定示

53、波器帶寬的方法：在具體操作中準(zhǔn)確表征信號幅度，并運(yùn)用5倍準(zhǔn)則。使用五倍準(zhǔn)則選定的示波器的測量誤差將不會超過/2%，對今天的操作來說已經(jīng)足夠。然而，隨著信號速率的增加，這個經(jīng)驗準(zhǔn)則將不再適用。記住，帶寬越高，再現(xiàn)的信號就越準(zhǔn)確(見圖47)。第三十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月上升時間 在數(shù)字世界中，時間的測定至關(guān)重要。在測定數(shù)字信號時，如脈沖和階躍波，可能更需要對上升時間作性能上的考慮。示波器必須要有足夠長的上升時間，才能準(zhǔn)確地捕獲快速變換的信號細(xì)節(jié)。上升時間描述示波器的有效頻率范圍。一般用下面的公式來計算特定信號類型示波器的上升時間： 示波器上升時間被測信號的最快上升時間 5 請注意

54、，選擇示波器上升時間的依據(jù)類似于帶寬的選擇依據(jù)。對于帶寬，考慮到信號速率的極端情況，這個經(jīng)驗準(zhǔn)則也并不總是適用。記住，示波器的上升時間越快，對信號的快速變換的捕獲也就越準(zhǔn)確。 在一些應(yīng)用中，可能只有信號的上升時間是已知的。帶寬和上升時間通過一個常數(shù)相關(guān)聯(lián)： 其中，k 是介于0.35 和0.45 之間的常數(shù)，它的值取決于示波器的頻率響應(yīng)特性曲線和脈 沖上升時間響應(yīng)。對帶寬小于1 GHz的示波器，其常數(shù)k 的典型值為0.35，而對帶寬大于 1GHz 的示波器，其常數(shù)k 的值通常介于0.40 和0.45 之間。 如圖49 所示，一些邏輯系列本質(zhì)上具有更快的上升時間。第三十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于

55、2022年6月采樣速率 采樣速率：表示為樣點數(shù)每秒（S/s），指數(shù)字示波器對信號采樣的頻率，類似于電影攝影機(jī)中的幀的概念。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丟失的概率就越小，如圖50 所示。如果需要觀測較長時間范圍內(nèi)的慢變信號，則最小采樣速率就變得較為重要。典型地，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數(shù)，需要調(diào)整水平控制按鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著水平調(diào)節(jié)按鈕的調(diào)節(jié)而變化。 如何計算采樣速率？計算方法取決于所測量的波形的類型，以及示波器所采用的信號重構(gòu)方式。 為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號并避免混淆，奈奎斯特定理規(guī)定，信號的采樣速率必須不小于其最高頻率成分的兩倍。

56、然而，這個定理的前提是基于無限長時間和連續(xù)的信號。由于沒有示波器可以提供無限時間的記錄長度，而且，從定義上看，低頻干擾是不連續(xù)的，所以，采用兩倍于最高頻率成分的采樣速率通常是不夠的。 實際上，信號的準(zhǔn)確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號采樣點間隙所采用的插值法。一些示波器會為操作者提供以下選擇：測量正弦信號的正弦插值法，以及測量矩形波、脈沖和其他信號類型的線性插值法。 在使用正弦插值法時，為了準(zhǔn)確再現(xiàn)信號，示波器的采樣速率至少需為信號最高頻率 成分的2.5 倍。使用線性插值法時，示波器的采樣速率應(yīng)至少是信號最高頻率成分的 10 倍。 一些采樣速率高達(dá)20GS/s,帶寬高達(dá)4GHz的測量系統(tǒng)用5倍于帶寬

57、的速率來捕獲高速，單脈沖和瞬態(tài)事件。第三十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月波形捕獲速率 所有的示波器都會閃爍。也就是說，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號，在這些測量點之間將不再進(jìn)行測量。這就是波形捕獲速率，表示為波形數(shù)每秒（wfms/s）。采樣速率表示的是示波器在一個波形或周期內(nèi)，采樣輸入信號的頻率，波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。波形捕獲速率取決于示波器的類型和性能級別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會提供更多的重要信號特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時的異常情況，如抖動、矮脈沖、低頻干擾和瞬時誤差的概率（參見圖51 和52）。 數(shù)字存儲示波器（DSO）

58、使用串行處理機(jī)制，每秒鐘可以捕獲10到5000個波形。一些DSO提供一種特殊的模式，它能迅速把各種捕獲信息存儲到海量存儲器中，暫時提供較高的波形捕獲速率，而隨后是較長的一段處理時間，這段處理時間內(nèi)不重新活動，減少了捕獲稀少和間歇事件的可能性。 大多數(shù)數(shù)字熒光示波器（DPO）采用并行處理機(jī)制來提供更高的波形捕獲速率。一些DPO可以在一秒鐘之內(nèi)獲得數(shù)百萬個波形，大大提高了捕獲間歇的和難以捕捉事件的可能性，并能讓用戶更快地發(fā)現(xiàn)信號中存在的問題。而且，DPO的實時捕獲和顯示三維信號特性（如幅度、時間以及幅度的時間分布特性）的能力使其能夠得到更高等級的信號特性。第三十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022

59、年6月記錄長度 記錄長度表示為構(gòu)成一個完整波形記錄的點數(shù)，決定了每個通道中所能捕獲的數(shù)據(jù)量。由于示波器僅能存儲有限數(shù)目的波形采樣，波形的持續(xù)時間和示波器的采樣速率成反比。 現(xiàn)代的示波器允許用戶選擇記錄長度，以便對一些操作中的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。分析一個十分穩(wěn)定的正弦信號，只需要500 點的記錄長度；但如果要解析一個復(fù)雜的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，則需要有一百萬個點或更多點的記錄長度。觸發(fā)能力 示波器的觸發(fā)功能在正確的信號位置點同步水平掃描，決定著信號特性是否清晰。觸發(fā)控制按鈕可以穩(wěn)定重復(fù)的波形并捕獲單脈沖波形。有效比特 有效比特是示波器準(zhǔn)確再現(xiàn)正弦信號波形的能力的度量。這個度量將示波器的實際錯誤同理論上理想的數(shù)字

60、化儀進(jìn)行比較。由于實際的誤差數(shù)包括噪聲和失真，所以，必須指定信號的頻率和幅度。頻率響應(yīng) 僅僅采用帶寬是不足以保證示波器準(zhǔn)確捕獲高頻信號的。示波器設(shè)計的目標(biāo)是一個特定類型的頻率響應(yīng)：最大平坦包絡(luò)時延（MFED）。此類型的頻率響應(yīng)用最小的過沖和阻尼振蕩，提供極好脈沖逼真度。由于數(shù)字示波器是由實際的放大器、衰減器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、連接器和繼電器組成，MFED響應(yīng)只是對目標(biāo)值的一個逼近。不同模型和不同制造商的產(chǎn)品的脈沖逼真度有著很大的不同（圖46 說明了這一概念）。第三十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月垂直靈敏度 垂直靈敏度指示垂直放大器對弱信號的放大程度，通常用每刻度多少毫伏（mv）