取样示波器.ppt

1 2 4取样示波器 简介 利用取样技术把高频重复信号变成低频离散信号加以非实时显示 一 实时示波器无论是连续扫描还是触发扫描 都是在被测信号可经历的实际时间内显示信号波形 即测量时间 一个扫描正程 与被测信号的实际持续时间相等 故称实时测量方法 与此相应这种示波器叫 实时示波器 二 实时示波器的缺点实时示波器的上限工作频率直接受下列因素的限制1 受到示波管上限工作频率的限制 2 受Y通道放大器带宽的限制 3 受时基电路扫描速度的限制 扫速必须与信号速度相当 2 三 取样示波器的基本原理 一 取样广义 对连续波形离散的采集样本 从而用离散信号代替连续波形 取样 利用采样门把连续时间信号变成离散时间信号原理 采用取样技术 把高频 快速的重复信号变换成低频信号 再通过类似于通用示波器的方法 将变换后的信号显示出来 实时取样 P t t 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 a b 3 有信号 无信号 从 a b 的波形我们可以看到 实时取样的特点是 取样一个波形所得脉冲列的持续时间 b 等于输入信号实际经历的时间 a 脉冲越窄越好 因此实时取样不能解决通用示波器的频带不够的问题 4 非实时取样 取样电压是由多个波形上取到的 并非实际经历时间周期性信号 量化取样电压 5 取样示波器的Y通道 电路反馈 取样门 取样门脉冲 平滑调整 延长门脉冲 至Y放大器 延长门 闭环取样电路组成框图 差值取样 A2 1 6 取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点 在时刻进行第一次取样 第二次取样在进行 两次可以相隔mT个周期 每一次比前一次延迟 m 两个取样脉冲之间被测信号周期数 取样后的取样电压虽然也是一串脉冲列 但这串脉冲列的持续时间却大大拉长了 两个脉冲之间的时间间隔变为 由于包络波形所需时间拉长 相对扫速降低 就有可能用一般低频示波器显示 由于显示一个信号包络所需时间 测量时间 远大于被测信号实际所经历的时间 所以是非实时取样 二 显示信号的合成过程如何显示离散波形 需给X Y偏转板加什么样的电压 由上述可见 7 取样电压 合成波形两点间X Y偏转板都应加阶梯电压 X 电压与时间成正比Y 量化阶梯电压 8 四 取样示波器的基本组成 取样门 延长电路 Y放 取样门脉冲发生器 延长门脉冲发生器 触发 放大分频 快斜波发生器 比较器 阶梯波发生器 X放 延迟脉冲 a b c d e f g Y通道的作用 把输入信号变成量化取样电压X通道的作用 产生每隔上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲 取样密度 经脉冲形成电路 等效扫速 输入 9 具体过程由各点波形加以说明 2 3 二者比较产生 e 1 分频 取样门脉冲 量化取样电压 10 脉冲 e 的三个作用 作为步进延迟脉冲 去触发取样脉冲发生器和延长门脉冲发生器 去触发阶梯波发生器 使阶梯波上升一个台阶 加到快斜波发生器 使快斜波产生回程 五 取样示波器的几个主要参数 一 取样示波器的带宽 数十GHz频率限制主要在取样门 fh与采样脉冲宽度成反比 二 取样密度 屏上水平轴上单位长度内所包含的取样点数目 用每cm的光点数表示 11 取样密度与X轴阶梯电压的关系如图 屏上总点数 X方向最大偏转电压 阶梯波每级上升的电压 固定 三 等效扫速等效于被测信号经过了时间与水平方向展宽的距离L之比 即等效扫速与快斜波的上升斜率Vf Tf成反比 调整它即可调整等效扫速 斜率大则扫速低 12 取样示波器是非实时取样取样示波器的X轴具有双重任务 产生扫描阶梯电压 控制Y通道产生量化电压扫描 取样示波器与通用示波器的主要差别 只能测量重复频率较高的信号 信号是阶梯式变化的 非线性 13 2 5示波器的基本测量方法测电压测时间测脉冲宽度上升或下降时间 14 测频率 扫描速度 N很大时用 相位差的测量 同频率 图形简单的两个信号 a 线性扫描法 不适合的情况 相差较小时不易分辨 超前信号作为触发信号 9格 1格 15 李沙育图形法 频率较低 且图形简单 可测频率比 相差等 椭圆方程 16 Eg 要在X 10CM长度上 1 对f 10MHz的信号显示两个完整周期的波形 求示波器应具有的扫描速度 2 若用上面求出的扫描速度对f 5MHz的信号能显示几个完整的波形 解 1 扫速 2 每周期宽度 能显示一个完整的波形 17 Eg 利用示波器椭圆法测量被测网络输出与输入信号电压的相位差 1 在图中连接测试线路 2 如何判断示波器X Y两个通道之间是否存在固有相位差 3 如果X Y两通道之间存在固有相位差且试设计一种测量方法 确定其和的大小 不要求写出椭圆法具体计算公式 解 被测网络 利用同一信号同时输入示波器X Y输入端求出固有相位差 再将和送入X Y输入端测得则 信号源 18 示波器的选择及正确使用 视被测信号频率而定 一 确定你需要模拟还是数字示波器模拟示波器的优点 操作控制均很直观 熟悉 可以进行三维显示 x y 亮度对诸如垂直灵敏度 时基扫描速度 跟踪位置以及触发电平等常用调节可以进行直接专门控制 价格低 频率较低的 模拟示波器的缺点 精度低 测量能力较弱带宽有局限性无预触发观测能力显示易闪烁并容易显示模糊 19 数字示波器的优点 测量精度高带宽较宽显示可存储有预触发观测能力能捕捉单次信号 并准确定位能进行峰值毛刺检测自动测量可与计算机 打印机 绘图仪连接具有波形运算能力 包括波形 数学函数运算功能 有平均和无限余辉显示模式亮度高 聚焦好可进行自校准 20 数字荧光示波器 具有模拟功能的数字示波器 TDS3000系列 模拟示波器可获得包括幅度 Y轴 时间 X轴 亮度 幅度随时间分布 的三维信息 数字存储示波器缺少余辉显示功能 因为它是数字处理只有1或0两个状态 没有亮度的多层次变化 模拟存储示波器可实现三维显示 这种荧光余辉效应对观察混合波形和偶发事件十分有用 数字荧光示波器兼具模拟 数字示波器的优点 1 采用专用图像处理芯片 TEK公司采用DPX型芯片 集数据采集 图像处理和存储于一身 130万晶体管 0 65vmCMOS工艺 16级亮度 波形存储淤10万像素显示屏上 1 30秒刷新一次 2 能实时存储 显示和分析复杂信号的三维信息 3 采用并行结构和基于ASIC硬件处理技术 4 能显示复杂波形中的细微差别以及频繁程度 如电视信号的扫描信号和音视频信号 以及电视信号中的异常现象 21 数字荧光示波器和数字示波器的结构区别 采样 A D变换 信号分离 捕获存储 微处理 显示 捕获存储 放大器 A D变换 数字荧光DPX处理获取捕捉 显示记忆 显示 p 数字存储示波器 DSO 串行结构 数字荧光示波器 DPO 并行结构 22 二 确定你对带宽的要求首先要考虑示波器的带宽即频率上限 通常为了使信号的高频成分基本不衰减地显示 示波器的带宽至少应为被测信号中最高频率的三倍以上 正弦波可1 1 下图说明一50MHz的方波在不同的四种数字示波器上进行观测的结果 500M有高频细节 上升时间快 150M高频信号细节丢失 上升时间减慢 20M显示波形面目全非 100M上升时间变慢 幅度有衰减 23 如果需要更高的精度 要求示波器的带宽高出被测信号频率的十倍 虽然精确的幅值测量并不完全取决于频率响应 刻度 动态范围也是因素之一 考虑信号显示的上升时间与通带宽度或者说高频端有关设 示波器的高端频率为 若被测信号实际上升时间为 且 则示波器的影响忽略不计 否则 测量值 对于定时测量 信号上升时间与示波器上升时间的比值越高 则测量误差越小 如下表 示波器的固有 上升时间为 24 信号上升时间 示波器上升时间测量误差计算结果1 141 4 3 15 4 5 12 0 10 10 5 三 正确合理地使用探头探头将影响测量精度 一般使用的探头是低电容探头 基本形式如下 探针 塑料外壳 金属屏蔽罩 至示波器输入端 屏蔽电缆 9M 1M 示波器的输入阻抗 25 高输入阻抗低输入电容探头 可减小对被测电路的影响 四 合理使用示波器勿使辉度过高勿施加过高的输入电压 五 你应该牢记下面几点 探头将影响测量精度某些示波器所列出的最高带宽指标只局限于某一特定的电压范围 或者只在50输入时才具有 26 IWATSU岩崎模拟存储示波器 500mhz TS 8500 27 模拟存储54610系列示波器 Agilent安捷伦 28 54620系列示波器 模拟 数字存储混合系列 29 54620系列示波器 2310 高清晰显示与2MB深存储器相结合 能发现有关信号的大量信息 独特的2 16混合信号配置可同时进行示波和逻辑测量 强大的触发能力 可选择边沿 模式 脉冲 序列 持续时间和触发 能深入观察过去难以看到的信号细节 从窄跳变 失真的边沿到间歇性事件 从而忠实复现信号的真情实景 比常规数字示波器快25倍 为测量增加了专门的统计功能 示波器上的每一点均以32级亮度显示 越亮的点代表越多的采样 并能用平移和缩放功能容易地找到关注区域内的细节 所有信息均可在全速下以高达5ns的分辨率在一次测量中获得 30 手持式数字示波器 THS720P 全功能示波器 数字万用表 谐波分析仪 功率计集多种功能于一体 1000Vrms测量能力和隔离通道结构 100MHz数字式实时带宽和功率测量 实际RMS数字式万用表和功率计的巧妙结合可提供最大的灵活性 可以测量第31谐波 30Hz至450Hz基波 功率测量和统计 PWM电动机触发器 高分辨率 背景光显示和上弹式菜单 31 FLUKE 32 泰克 33 34 35 1000MHz 500MHz二种带宽 最高实时采样速率达5GS s 详见技术参数表 强大的数字荧光技术 DPO 2通道和4通道两种型号 5GS s最大实时取样速率 高达8MB的记录长度 100 000wfms s最大波形捕获速率 直观的用户界面 操作简便 开放的Microsoft Windows结构 提供了内置连接能力 占用空间小 明亮的10 4英寸 264mm 显示器 业内领先的高级触发器套件 内置打印机 可选 光盘刻录机 可选 能够与泰克逻辑分析仪满足信号完整性测试 TDS5000数字荧光示波器功能概述 36 特点与优点带宽型号包括4GHZ 1GHZ和500MHZ实时采集速率达20GS S存储深度达32M最大波形捕获速度大于400 000波形 秒抖动测量达1PSrms图形操作界面可通过传统式直接控制旋钮 彩色触摸屏或鼠标进行操作控制开放式WINDOWS平分环境标配联网功能 TDS7000数字荧光示波器性能概述 37 作业 3 1 3 2 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 18 38 TDS210 TDS220 TDS224数字存储示波器特点和优点 60MHz或100MHz带宽 对所有通道均提供1Gs s的采样率 2和4通道 双时基 自动测量 周期 频率 周期均方根 平均值 峰间值 波形和设置存储 选择模块 软件和探测选件可扩展测量能力 信号捕获系统 带宽 取样速率 输入通道 敏感度 带校准微调 全带宽时为10mv 5mv 20MHz时为2mv 5mv div 垂直缩放 垂直放大或缩小动态或静态的波形 捕获模式 取样 取平均值 峰值检测 截获高频和随机毛刺 可在5ms div至5s div的所有 时间 分度 设置内用捕获硬件获取窄至10ns的毛刺 39 54610示波器水平准确度 0 01 最大显示更新率1 500 000点 秒水平分辨率25ps54615B水平分辨率20ps可揭示被较低速的示波器所掩盖的信号细节 54616B采样率提高一倍 全彩色显示采样率 许多示波器在快速扫描时可提供高采样率 40 手持式示波器THS700A系列 THS700A DMM全功能的数字实时示波器 真有效值的数字多用表 电池 两种工作模式可同时和独立的对同一个信号或分离的不