示波器应用原理ppt课件.ppt

1 横河示波器 2 主要内容 1 示波器基础示波器可测量什么信号 示波器硬件组图重要性能指标带宽 采样率 采样方法 内存长度 AD转换 数据显示 通道数 通道种类触发触发种类 触发模式数据采集数据采集模式 内存分配 3 主要内容 2 数据分析光标 自动波形参数测量 数学运算功能 内存波形搜索探头无源探头 差分探头 FET探头 电流探头连通性数据传输 远程控制 自动测量 软件特殊应用系列总线分析功能 CAN I2C SM SPI电功率测量 电功率分析横河数字示波器数字示波器系列和DL750示波记录仪 4 Yokogawa 横河简介 背景示波器基础示波器主要测量什么信号 示波器硬件组图主要性能规格触发波形采集数据分析探头连通性特殊应用横河数据示波器系列 主要内容 5 示波器测量信号 测量和显示 1 在时间域内测量一个或多个电压信号2 比较一个电压波形上不同点的时间和电压3 比较不同电压波形上每一点的时间和电压 1 电压波形观测2 电压波形比较3 波形参数测量4 异常波形显示5 保存波形数据6 波形运算7 6 主要内容 Yokogawa 横河简介 背景示波器基础示波器主要测量什么信号 示波器硬件组图重要性能指标带宽 采样率 采样方法 内存长度 AD转换 数据显示 通道数 通道种类波形采集数据分析探头连通性特殊应用横河数据示波器系列 7 重要性能指标 选择示波器时必须考虑的性能指标 带宽最高采样率 实时采样和等效采样 内存大小 内存长度 A D转换精度波形显示方式和屏幕刷新率通道数 通道种类 8 带宽 BW 带宽是选择示波器时最重要的性能指标带宽指 模拟带宽 带宽取决于前端模拟回路 从示波器输入端口到数模转换 Note 带宽与采样率和数模转换没有必然联系 带宽同时也指示波器可高精度捕捉最高频率的正弦波成分带宽通常所指还是输入该频率正弦波时 正弦波的衰减为3dB or 30 9 带宽如何影响采集信号 带宽影响波形幅值 例如 当100MHz正弦波被输入到100MHz带宽DSO示波器时 仅有幅值 70 3dB 的正弦波信号被正常显示 输入信号 显示波形 100MHz 100MHz 1Vp p 700mVp p 10 带宽如何影响采集信号 BW 200MHz BW 640kHz BW 160kHz 同一输入信号 带宽影响滤去噪音信号 低带宽示波器显示波形结果与加滤波器的高带宽示波器相同 如果您仅采集低频信号或想滤除高频噪音信号建议您使用低带宽示波器 但您有可能采集和识别不到意外噪音信号或波形信号 11 带宽需求 期望带宽 3倍于被测信号最高频率 带宽 MHz 350 上升时间 ns 或带宽 Hz 35 上升时间 sec 注意 示波器带宽在1GHz以下时使用参数0 35 示波器带宽在1Ghz以下时使用参数 0 40 0 45 高带宽示波器可以精确并快速捕捉波形的上升沿和下降沿 但与此同时您也将捕捉到高频的造影信号 12 数模转换率 ADC A DConverter SamplingClock 示波器基于时基时钟将模拟信号转换为数字信号 采样率 模拟信号 数字信号 13 采样率 如何选择示波器的采样频率 数字示波器 可通过更改水平时间轴和内存长度更改采样率 DSOSamplingRate fmaxx10 fmax为输入信号最高正弦波分量频率 1 理论 根据奈奎斯特定例 如果正确捕捉输入信号示波器采样频率至少两倍于输入信号最高正弦波分量频率 2 实际 正确捕捉重现波形信号 示波器最高采样率至少十倍于输入信号最高正弦波分量频率 14 采样率足够高时 可选择插入方式重现波形 低采样率时 即使使用插入方式也无法正确重现波形 错误波形 正确波形 采样频率 15 频率测量 相同波形信号 为何测量出不同频率 如下图 正弦信号 9 99MHz正弦波形 被输入到同一台示波器 差异仅为示波器不同的采样率 10MS s 100nsecinterval 100MS s 10nsecinterval 16 某些信号 例如锯齿波 含有非常丰富的谐波成分假设锯齿波的基波频率为f0 将采样率设置为20 f0 看看发生了什么 Aliasing a k a Fold OverDistortion 复合波形信号 17 Aliasing 避免虚假波形 在使用示波器时 采样率 10 xfmax是最好也是最有效的避免采集到虚假波形的方法 滤波器也能构起到一定的作用滤波器必须嵌入到硬件内 软件滤波器效果不明显典型滤波器截至频率为采样频率的40 50 有效数字滤波器在截至频率的频率下降应是非常快速和敏感现在数字滤波器一般都提供低通滤波器 它可帮助准确测量波形同时减少高频噪音信号 18 示波器 DSO 提供两种典型采样方法 1 实时采样模式 2 等效时间采样 等效模式 采样方法 19 输入信号 采样时钟 通过连续采样采集波形 采集到的数据被保存到内存内并且显示采集波形 在观测异常信号时必须使用实时采样模式 1st 2nd 10th 16th 实时采样模式 显示波形信号 20 等效采样 Trig1 Trig2 Trign 对于实时采样无法捕捉到的高速信号 将通过复数触发采集到的数据在时间轴上排列并且再显示 等价采样速度相当与由触发点到到采样点的时间测量分解能 等价采样率 100GS s 10ps分解能以周期信号为前提 触发点 21 采样速率 内存长度 内存长度计算公式 内存长度 测量时间x采样频率 很多人自然而然想到示波器采样率时越高越好 事实并非如此 足够大的内存长度也同样重要 因为足够长的内存可保证在所需要观测时间内保证高速采样 长内存不仅可以长时间观测波形信号 它也影响着示波器的采样率 22 插入模式 1GS sADCs如何实现2GS s高速采样 在插入模式下 两个ADCs被用于采集通道A输入信号 通道B则被禁止使用 通道B采样时钟则与通道A采样时钟正好相反 所以可以实现双倍的采样速度 另外 通道B内存也被分配到通道A内存 所以在采样率提高一倍的同时 内存也扩大一倍 23 数字示波器采样率较高但是内存相对较小 所以在使用示波器时必须决定a 长时间低速采样或b 短时间高速采样 这里长内存示波器可在长时间之内维持高速采样 1 2 3 4 5 Memorylength 5pts timevs 30pts time 采样速率 内存长度 24 示波器重要组成部分ADC Sampling Encoding 数字输出 10100011101010001010100110110011 数模转换精度 A DConverter A D转换精度直接影响垂直轴精度 25 A D转换精度 使用不同精度ADCs转换0 1V模拟输入信号 26 数字信号显示 Information Less More 1MW内存 500显示分辨率 压缩显示 DataProcessing Less More 1MW数据 压缩显示 如何将成千上万的采样数据显示在仅有几百分辨率的显示屏幕上 27 1条线内显示2千个数据 全点显示所有的数据 1MW数据 显示在屏幕上 每条线上显示2千个数据 1MW除500等于2000 过去的P P压缩显示法每条线上仅显示这2千个数据的最大值和最小值 这两点代替了这2千个点 复杂的显示并没有降低画面刷新速度长存储并不意味着低刷新速度 全点显示 28 全点显示有点在哪里 异常信号观测 通过波形信号的暗点和亮点可非常容易的观测到波形信号的异常部分 全点显示 波形放大 全点显示 放大 暗点 处波形观测 异常信号 29 自主开发的 DataStreamEngine 实现了长存储的高速刷新 新开发DataStreamEngine 在观测1MW数据的场合 最高刷新率为30画面 秒 高速画面更新 30 大部分示波器可将触发点设置到内存中的任何一个位置 0 100 可调节触发位置决定前置触发和后置触发波形数据大小 除设置触发位置之外 也可设置触发延迟 触发延迟为从波形达到触发电平到触发产生时所经过的时间 触发前数据也将被保存到内存当中 触发位置和内存 数字示波器基于触发设置将波形数据保存到内存 通过设置触发点 您可将自定义波形数据保存到内存 内存中触发点前数据叫做 前置触发 波形数据 触发点后的波形数据叫 后置触发 波形数据 内存长度 触发电平 前置 后置 触发位置 31 触发种类 边沿触发 边沿触发是一种最基本的触发类型 在触发信号上升或下降时经过触发电平时 产生触发 触发信号源 触发电平 可选择上升沿作为触发 同时也可选择下降沿或上升沿和下降沿 32 Pattern触发 触发种类 OR触发 类似于边沿触发 它的区别在于可使用或关系对多通道信号设置边沿触发 当前条件满足任何触发源条件时产生触发 例如 通道1高于5V或通道2高于2 8V时产生触发 Pattern触发 Pattern触发也多被使用在多通道设置触发情况 与OR触发不同的是触发条件基于当前波形Pattern模式的真还是假 在Pattern模式下 多通道是基于AND条件产成触发 触发条件为各通道的上升或下降沿 触发 触发 触发 OR触发 触发 33 脉冲宽度触发 基于当前时间设置脉冲宽度触发 可设置脉冲条件有大于 小于或在一段时间之内 触发信号也可为一个通道或多个通道 窗口触发 在该触发模式可自定义电压窗口 在触发源信号电平进入或出电压窗口时产生触发 例如 信号波形高于6 4V或低于0 5V时产生触发 电视信号触发 该触发用于捕捉视频信号 NTSC PAL HDTV 触发种类 脉宽T时在A和C点产生触发T1T2 T1 350 T2 450时 在C点产生触发 34 波形数据捕捉以及内存分配 我们已经知道在很多测量情况都需要示波器具有较长内存 但是有时情况并非如此 将长内存进行分割 被分割后的小内存非常有利于捕捉不连续的短时脉冲波形干扰 例如 在捕捉16M数据同时 您能够捕捉超过4000屏1k数据或64屏100k的数据 UsingtheHistorydisplay thousandsofwaveformscanoverlaid Youcanclearlyseetheoccasionalglitchinlightyellow The normal waveformisadarkeryellowbecauseitoccursmorefrequently 35 采集模式 1 大部分示波器都提供多种采集模式 您可以根据实际测量需求选择合适的波形采集模式 NormalMode 常规模式 将采集到的波形不加任何处理的前提下 将波形数据保存到内存并显示 以实时采样率采集波形数据 在捕捉短小脉冲情况下 包络效果会更好 请看下页 36 采集模式 2 EnvelopeMode 包络模式 根据时间轴与内存长度设置 示波器以最大采样率采集波形数据 在一定周期内将最大和最小值保存到内存 虽然包络模式所保存的波形数据量与普通模式相同那 但是该模式能够确保捕捉到最大和最小值 该模式可有效避免虚假波形和捕捉到快速脉冲波形 该模式缺点则是您无法确定最大和最小值出现的时间 NormalMode 与右图波形信号相同 但是则无法看到短小脉冲信号 EnvelopeMode 在捕捉快速脉冲时使用该模式 37 采集模式 3 AveragingMode 平均模式 当前显示波形数据为当前波形数据前一个或多个波形数据的平均结果 平均模式又分单纯平均和指数平均两种数据采集方式 在该模式下采集波形数据时有利于排除随即的造影信号 BoxAveragingMode 箱式平均模式 与包络模式相同 在该模式下示波器以最高速采样率采集波形数据同时还以移动平均方式处理采集到的数据 改模式适合于除去小数量的噪音信号 以最大采样率采集波形数据 示波器对相邻多点进行移动平均运算 然后将运算结果保存到内存并显示 38 光标 标尺 测量一个波形的两个不同位置电平值测量一个波形两个不同点的时间和电平值通常在多个电压波形中可以设置四个标尺 标尺被用来测量触发点波形的时间和电压信息 与光标相比 标尺测量更加准确 用来测量波形两点之间的角度信息 您可设置基准信息 例如360度或720度 请看下一页实例 光标和标尺可向您提供一个或多个通道波形不同位置时间和电压信息 39 角度光标 Ref1 Ref2 720degree X1 X2 Cursor1 Cursor2 利用两个基准光标定义角度光标测量参考值2 然后使用光标测量波形两点的电压值和两点之间的角度值 40 自动波形参数测量 OneofthebigadvantagesofDSOsoveranalogscopesisthattheDSOscanautomaticallyanalyzetheacquiredwaveformsandprovidekeyparameters Bothvoltage axisparameters maximum minimum avg rms aswellastime axisparameter frequency risetime dutyratio canbecalculated Timerangesettingsareusedtodefinewhereonthewaveformthemeasurementsaremade 41 数字示波器系列 自从1988以来 我们一直提供着具有横河特点的数字示波器系列 42 横河数字示波器 通道个数 10MS s模拟16ch 逻辑16bit 200MS s4通道 1GS s4通道 2GS s模拟8ch 逻辑16bit DL750 DL1600 DL1700E DL7400 采样率 模拟16ch 逻辑16bit 模拟8ch 逻辑16bit DL9000 10GS s4通道 43 横河示波器存储深度 DL750 最大1GWDL1640L 最大32MWDL7400 最大16MWDL1740EL 最大8MW 32MW 1GW 44 历史存储功能 历史存储功能能帮助找到已经过去了的波形 连接到CP2实行AutoSetup 用 HISTORY 键把波形停下来 45 串行总线分析 StartConditionNon AckAddressData StartofFrameIDfieldRTRDatafieldErrorframe I2C CAN SPI Datapatterns upto8bytes CAN I2C SPI CAN I2C SPI Analysisonly I2C SPI Analysisonly 46 历史存储功能 历史存储页数参照表 用DisplayAll显示所有存储波形 highresolutionmodeOFF 47 異常 Alldisplay模式 波形重叠显示 用Alldisplay模式定位异常信号 只抽出异常信号的波形并从逻辑关系等来分析原因 看到异常信号后 按Stop键 历史存储的存储功能 48 用 1640 L测定的数据 能够用各种各样的数据格式保存 1640 L能够再次读入并显示用Binary保存的数据 数据类型 Binary 扩展名是 wvf 及 hdr ASCII 扩展名是 csv Float 扩展名是 fld 文件名 AutoNamingON时 自动命名 FILE 键 硬拷贝 画面图像数据的保存 数据的保存 49 自动测量和显示脉冲个数过去用眼和手做的工作 现在可以自动完成 记录送纸滚轴的步进电机的脉冲个数通过记录脉冲个数 可以读取滚轴的转数 即使是速度变化的场合 上图 因为是直接记录脉冲的个数 所以也能正确地得出转数 即使像上图那样包含着噪声的波形 通过设定阀值水平 也可正确地记录脉冲个数 波形参数测量 记录脉冲个数 50 保存可能的数据文件形式 多样的保存形式 波形数据 形式 WVF 横河共通格式的二进制数据格式可以向主机内加载 可以利用 的Viewer软件 形式 用32bit的Float数据记录测定值 可利用 的波形解析软件等 不能向DL1640主机内读入波形数据 形式用文本形式记录测定值 的表计算软件 Excell等 不能向DL1640主机内读入波形数据 图像数据 Jpeg PNG 记录画面的图像 可以方便地粘贴到 等的字处理软件 WORD 一太郎等 数据文件形式 51 波形参数的测量 波形参数自动测量功能也就是波形数值化功能 如果用最大值 最小值 超调量等把波形的形状数值化 那么波形好坏的判断就会变得容易 52 按下 键 可以看到相应键的功能说明 再按一次 键 就可以退出 模式 输入耦合键的帮助画面 帮助功能 53 增强触发功能 增强触发功能 条件A成立之后 条件B也成立了N次时 触发发生 条件A成立之后 并过了设定时间之后 条件B成立时 触发发生 多个触发源全都满足或全都不满足触发条件时 触发发生 脉宽触发当满足设定的脉宽时 触发发生 只要有一个触发条件满足 触发就发生 窗口触发设定一定的电压范围 当触发源进入或离开这个范围时 触发发生 检测到 等电视信号时 触发发生 脉宽触发的设定例 复杂的条件下触发 54 用PC观测波形和变换数据 波形浏览软件 WaveformViewerforDLSeries 可浏览DL各系列的波形数据 WVF 支持Main Zoom画面 具有和DL一样的ZoomBox等的直观操作性AutoScroll功能 ZoomBox可自动移动数据可变换成 码 下载网站 55 DL9140 DL9240 YokogawaElectricCorporation Tentative 56 DL9000系列主要性能指标 4通道输入带宽 2型号 1 5GHz带宽 DL9240 9240L 1GHz带宽 DL9140 9140L 采样率DL9240 9240LMax 10GS s 2通道使用时 5GS s 4通道使用时 DL9140 9140LMax 5GS s 2通道使用时 2 5GS s 4通道使用时 内存长度DL9140L 9240L6 25MW 4通道使用时 DL9140 92402 5MW 4通道使用时 57 signalXplorer是市场所有GHz带宽示波器当中最好的选择数据高速采集卓越的波形显示功能内存的灵活性安全对策便携式丰富的触发功能 signalXplorer 58 高速波形更新 系统不受通道数以及内存设置的影响Accum模式下的波形更新率2 5kword 4channel 25 000acquisitions sec 250Mpoints sec 12 5kword 4channel 9 000acquisitions sec 450Mpoints sec 125kword 4channel 900acquisitions sec 450Mpoints sec 1 25Mword 4channel 60acquisitions sec 300Mpoints sec NSingle时与以前DL系列 竞争对手相比速度更快在400ns的时钟设置下 能够捕捉最快每秒2 500 000acquisitions sec波形 高速数据采集 波形更新数率以及波形连续捕捉性能与已有DL系列相比提高 倍 以前为60acquisitions sec 现在为25000 60 400倍 59 例 波形亮度可调的存储模式 种颜色亮度调节 高速准确显示包含噪音 变动以及波形频率的测量波形 不仅有波形重叠模式 还可以将数据保存到历史存储器内 在测量完成后进行分析 可高效进行故障分析 波形存储速率能力提高了约 倍 卓越的波形显示功能 例 波形颜色可调的存储模式 60 Xtraordinary的存储功能 根据内存长度设置 DL系列示波器可自动分配历史存储 即使在高速波形重叠显示模式下也有效 最大可保存 个波形数据 超级历史存储 61 历史存储的搜索和回放 保存在历史存储器中的波形可通过历史搜索功能进行数据