數(shù)字示波器基礎(chǔ)

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數(shù)字示波器基礎(chǔ)2023/1/311Group/PresentationTitle安捷倫示波器家族2023/1/312Group/PresentationTitle模擬帶寬采樣存儲(chǔ)深度屏幕顯示質(zhì)量通道數(shù)觸發(fā)模式易用性數(shù)字示波器課程概要2023/1/313Group/PresentationTitle系統(tǒng)帶寬由最弱的環(huán)節(jié)決定探頭帶寬示波器帶寬采樣率連接帶寬測(cè)量系統(tǒng)的帶寬由系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)共同決定，系統(tǒng)中性能最差的器件的帶寬決定了系統(tǒng)的帶寬2023/1/314Group/PresentationTitle模擬帶寬哪一個(gè)才是真實(shí)的100MHz的時(shí)鐘信號(hào)？100MHz300MHz500MHz1GHzScopeScopeScopeScope2023/1/315Group/PresentationTitle產(chǎn)生的原因:衰減器／放大器探頭前端配件道致示波器的帶寬可影響信號(hào)數(shù)字化對(duì)信號(hào)的影響:延緩上升時(shí)間

衰減振幅trtr模擬帶寬2023/1/316Group/PresentationTitle知道信號(hào)的最快上升沿時(shí)間,tr計(jì)算信號(hào)的帶寬,BWsignalBWsignal=0.4/tr(20%到80%門限

)BWsignal=0.5/tr(10%到90%門限

)計(jì)算示波器的帶寬,BWscopeBWscope=2*BWsignal (適用于高斯型頻響的示波器)BWscope=1.4*BWsignal (適用于平坦型頻響的示波器)須要多少帶寬才夠使用？模擬帶寬2023/1/317Group/PresentationTitle等效時(shí)間采樣(重復(fù)信號(hào))實(shí)時(shí)采樣(單次信號(hào))順序采樣(重復(fù)信號(hào))三種采樣技術(shù)采樣2023/1/318Group/PresentationTitle僅可使用于重復(fù)信號(hào)采樣點(diǎn)來自之前持續(xù)的觸發(fā)經(jīng)多次觸發(fā)事件建立波形采樣率不是影響分辨率的主因最好的分辨率決定于觸發(fā)硬件等效時(shí)間采樣(重復(fù)信號(hào))技術(shù)采樣1stTrigger2ndTrigger3rdTrigger2023/1/319Group/PresentationTitle采樣Acq#1Acq#2Acq#3Acq#200等效時(shí)間:波形建立2023/1/3110Group/PresentationTitle最快上升沿時(shí)間,tr=2.5ns(10%到90%門限

)BWsignal=0.5/tr=0.5/2.5ns=200MHzBWscope=2*BWsignal=2*200MHz=400MHz安捷倫科技提供了

500MHz

示波器在等效時(shí)間采樣中，采樣率並非主要指標(biāo)等效時(shí)間采樣(重復(fù)信號(hào))示例采樣2023/1/3111Group/PresentationTitle可用于重復(fù)信號(hào)或是單次信號(hào)所有采樣點(diǎn)皆來自一個(gè)單次觸發(fā)得自前次觸發(fā)的所有采樣點(diǎn)均被消除采樣率將限制示波器總的帶寬

(帶寬取決于采樣率)最好的分辨率直接關(guān)聯(lián)到采樣率實(shí)時(shí)采樣(單次信號(hào))技術(shù)采樣每次觸發(fā)一樣2023/1/3112Group/PresentationTitleSRscope=4*Bwscope

適用於高斯型頻響的示波器SRscope=2.5*BWscope

適用於平坦型頻響的示波器最快上升沿時(shí)間,tr=2.5ns(10%到90%門限)BWsignal=0.5/tr=0.5/2.5ns=200MHzBWscope=2*BWsignal=2*200MHz=400MHz安捷倫科技提供了

500MHz

示波器SRscope=4*BWscope=1.6GSa/s安捷倫科技提供的500MHz示波器正具備2GSa/s采樣率實(shí)時(shí)采樣(單次信號(hào))示例采樣2023/1/3113Group/PresentationTitle采樣率大于四倍帶寬不能帶來更多的好處采樣前端硬件A/DSR>4*BWA/DSR=4*BW毛刺在采樣之前就已被慮除2023/1/3114Group/PresentationTitle采樣BW=2.25GHz,ETSamplingBW=500MHz,SR=5GSa/s輸入信號(hào):

200ps

上升沿的1ns脈沖波BW=500MHz,SR=2GSa/s舉例:采樣率大於四倍帶寬不能帶來更多的好處2023/1/3115Group/PresentationTitle僅可使用于重復(fù)信號(hào)一次觸發(fā)僅采樣一點(diǎn)經(jīng)多次觸發(fā)事件建立波形用於帶寬大于10GHz的高速應(yīng)用沒有預(yù)觸發(fā)順序采樣技術(shù)采樣1stTrigger2ndTrigger3rdTrigger2023/1/3116Group/PresentationTitle每一采樣點(diǎn)必須存入內(nèi)存深存儲(chǔ)可存取較多的采樣點(diǎn)如果維持在特定的采樣率下，較長時(shí)間的采集意即有較多的采樣點(diǎn)要存儲(chǔ)數(shù)字示波器的存儲(chǔ)目的存儲(chǔ)141643122176232231229228示波器內(nèi)存2023/1/3117Group/PresentationTitle維持高采樣率的同時(shí)采集較長的時(shí)間較高的采樣率=較精確地復(fù)現(xiàn)信號(hào)采樣點(diǎn)間有較佳的分辨率較高的機(jī)會(huì)捕獲毛刺或異?，F(xiàn)象深存儲(chǔ)的目的存儲(chǔ)2023/1/3118Group/PresentationTitle捕獲較長的周期信號(hào)仍然能夠在啟動(dòng)放大功能時(shí)觀測(cè)到所有細(xì)節(jié)在下列情況下深存儲(chǔ)特別重要:模擬與數(shù)字混合電路的應(yīng)用串行通信應(yīng)用深存儲(chǔ)的目的(續(xù))存儲(chǔ)2023/1/3119Group/PresentationTitle采樣率與掃描時(shí)間分度設(shè)置對(duì)存儲(chǔ)的關(guān)系存儲(chǔ)2G100M1G10M1M100KSampleRate(Sa/s)100ns/div10us/div100us/div1us/div10ms/div100ms/div1ms/div1s/div100kpts8MptsPCIPacket10BaseTCDMAVideoPIDCtrl10kpts2023/1/3120Group/PresentationTitle決定采樣點(diǎn)所需的分辨率,Tr1/Tr

<

示波器采樣率(實(shí)時(shí)模式)決定所需捕獲周期時(shí)間,Tp計(jì)算所需存儲(chǔ)深度存儲(chǔ)深度=Tp/Tr

要少多存儲(chǔ)才夠?存儲(chǔ)2023/1/3121Group/PresentationTitle采樣點(diǎn)間需要分辨率,Tr=500ps需要捕獲周期時(shí)間,Tp=2ms存儲(chǔ)深度=Tp/Tr=2ms/500ps=4Mpts存儲(chǔ)深度示例存儲(chǔ)2023/1/3122Group/PresentationTitle存儲(chǔ)舉例:Tp=2mswithscopeat2GSa/sand4Mpts2023/1/3123Group/PresentationTitle存儲(chǔ)舉例:Tp=2mswithscopeat4MSa/sand8kpts2023/1/3124Group/PresentationTitle降低波形更新率用戶操作控制儀器時(shí)反應(yīng)速度降低捕獲間的死區(qū)時(shí)間加長降低捕獲毛刺與異常期信號(hào)的能力深存儲(chǔ)可能會(huì)帶來的負(fù)面影響存儲(chǔ)示波器死區(qū)波形顯示波形顯示2023/1/3125Group/PresentationTitle在采集與顯示的捕獲系統(tǒng)中間加入處理硬件安捷倫科技特有的

MegaZoom

芯片MegaZoom

是存儲(chǔ)管理工具乒乓捕獲存儲(chǔ)資料在硬件中做預(yù)處理不須特殊模式—

一直維持開啟狀態(tài)而且始終維持高速解決深存儲(chǔ)示波器的死區(qū)問題存儲(chǔ)效果是在捕獲間維持快速波形更新率與最小的死區(qū)時(shí)間同時(shí)沒有處理上的瓶頸2023/1/3126Group/PresentationTitleMegaZoom2023/1/3127Group/PresentationTitle波形重建波形重建技術(shù)等效時(shí)間采樣(須重復(fù)采樣)正弦內(nèi)插

Sin(x)/x

線性內(nèi)插波形重建濾波的目的是在分散而均勻的實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)間插入波形資料波形重建的好處改善波形顯示品質(zhì)提高測(cè)量精度2023/1/3128Group/PresentationTitle為何要做內(nèi)插處理?采樣90%50%10%2023/1/3129Group/PresentationTitle內(nèi)插處理

經(jīng)低通濾波重建的波形相對(duì)簡(jiǎn)單的線性內(nèi)插具有更平滑的波形線形內(nèi)插“理想”內(nèi)插2023/1/3130Group/PresentationTitle線性對(duì)比正弦內(nèi)插

3GHz

正弦波以

20GSa/s

采樣率捕獲2023/1/3131Group/PresentationTitle模擬示波器顯示呈現(xiàn)的波形更可信對(duì)異常之處以鮮明的亮點(diǎn)顯現(xiàn)有限的亮度等級(jí)傳統(tǒng)數(shù)字示波器顯示明顯的顆粒提供極少的甚至沒有亮度等級(jí)什么是顯示器的重要指標(biāo)?顯示質(zhì)量顯示器是人類視覺系統(tǒng)與采樣波形的一扇窗口2023/1/3132Group/PresentationTitle256級(jí)的亮度被反復(fù)集中的像素點(diǎn)將比其他點(diǎn)顯得明亮給出信號(hào)的第三維空間信息快速的波形更新利用

MegaZoom專用

ASIC

芯片技術(shù)保持捕獲間隙的死區(qū)時(shí)間最小水平分辨率提高一倍安捷倫的高清晰顯示器顯示品質(zhì)在顯示系統(tǒng)中的效果是，你可信任它就像信任模擬示波器顯示器一般2023/1/3133Group/PresentationTitle安捷倫的高清晰顯示顯示品質(zhì)2023/1/3134Group/PresentationTitle簡(jiǎn)單的調(diào)試也許僅需2通道稍復(fù)雜的調(diào)試也許需要4通道或更多通道>70%的硬件設(shè)計(jì)者都有含有模擬和數(shù)字混合信號(hào)真實(shí)世界中的模擬輸入和輸出信號(hào)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理相互緊密聯(lián)系:ADCs,DACs,MCUs,DSPs,etc.多少通道才夠用?通道數(shù)PowerOutputInputMCUProcessing2023/1/3135Group/PresentationTitle模擬和數(shù)字混合電路設(shè)計(jì)舉例通道數(shù)PWM輸出串行

I/OI2C串行信號(hào)并行通信信號(hào)模擬輸入Microcontroller2023/1/3136Group/PresentationTitle通道數(shù)安捷倫的混合信號(hào)示波器(MSO)2

或4模擬通道16

數(shù)字通道所有通道同一時(shí)基橫跨所有通道的觸發(fā)功能對(duì)高速應(yīng)用帶寬可達(dá)1GHz

及

4GSa/s的采樣率

利用

MegaZoom

的深存儲(chǔ)能力快速的數(shù)字信號(hào)與慢速的模擬信號(hào)密切關(guān)聯(lián)在>4通道上的觀察及觸發(fā)2023/1/3137Group/PresentationTitle觸發(fā)模式沿觸發(fā)信號(hào)保真觸發(fā)脈沖寬度建立/保持時(shí)間跳變并行邏輯觸發(fā)碼型/狀態(tài)持續(xù)時(shí)間順序串行總線觸發(fā)SPII2CCANUSB需要什么樣的觸發(fā)功能?2023/1/3138Group/PresentationTitle觸發(fā)模式脈沖寬度尋找特殊脈沖

-過窄,過寬,或在某一范圍內(nèi)/范圍外建立/保持時(shí)間尋找脈沖波形中沒有適當(dāng)?shù)慕⒓?或保持時(shí)間的波形跳變尋找太快或太慢的上升或下降沿信號(hào)保真觸發(fā)2023/1/3139Group/PresentationTitle觸發(fā)模式碼型/狀態(tài)尋找某一特定的并行邏輯碼型持續(xù)時(shí)間某一特定碼型持續(xù)時(shí)間過短、過長、在某個(gè)范圍內(nèi)/外序列尋找滿足多個(gè)碼型順序條件的序列並行觸發(fā)在混合信號(hào)示波器中是強(qiáng)有力的功能之一2023/1/3140Group/PresentationTitle觸發(fā)模式SPISerialPeripheralInterfaceMCU/DSPComm.串行觸發(fā)在混合信號(hào)示波器中是強(qiáng)有力的功能之一I2CInter-IntegratedCircuitMCU/DSPComm.2023/1/3141Group/PresentationTitle觸發(fā)模式CANControllerAreaNetwork應(yīng)用于汽車電子和工控USBUniversalSerialBusPC外設(shè)串行觸發(fā)在混合信號(hào)示波器中是強(qiáng)有力的功能之一2023/1/3142Group/PresentationTitle波形更新率顯示質(zhì)量用戶操作面板后儀器的反應(yīng)時(shí)間測(cè)量和計(jì)算功能和性能直觀的面板布局簡(jiǎn)潔的菜單結(jié)構(gòu)什么直接影響易用性？易用性2023/1/3143Group/PresentationTitle從信號(hào)的上升時(shí)間計(jì)算帶寬選擇采樣方式如果采用實(shí)時(shí)采用，計(jì)算采樣率從需要的分辨率(Tr)及捕獲時(shí)間(Tp),計(jì)算存儲(chǔ)深度顯示品質(zhì)直接影響信號(hào)觀察細(xì)節(jié)當(dāng)

4通道不夠使用時(shí),MSO是最佳方案需要什么觸發(fā)方式評(píng)估示波器的易用性如何選擇適合您的數(shù)字示波器:總結(jié)2023/1/3144Group/PresentationTitle必須考慮探頭無源探頭:通用

對(duì)電路有更高的容性負(fù)載帶寬低于600MHz有源探頭:動(dòng)態(tài)范圍小對(duì)電路的容性負(fù)載小提供更高的帶寬當(dāng)選擇帶寬大于1GHz帶寬示波器時(shí)：總結(jié)2023/1/3145Group/PresentationTitle問題解答Q&A2023/1/3146Group/PresentationTitle補(bǔ)充內(nèi)容2023/1/3147Group/PresentationTitle遵循耐奎斯特采樣定律0dBFrequency-3dB-