示波器基本原理

1、示波器基本原理示波器基本原理IES_HWQA Hu, Daisy2005/02/23 Confidential2Outline示波器的种类示波器的种类示波器的原理示波器的原理 示波器面板的介绍示波器面板的介绍Confidential3Oscilloscope Category 模拟示波器模拟示波器优点：实时显示、波形真实，结构简单缺点：无存储功能、无自动参数测量功能、仅有边缘触发及简单的视频触发功能不能与电脑连接进行自动测量Confidential4Oscilloscope Category数字示波器数字示波器特点：扩充功能多、多种存储方式、波形设置自动参数测量功能连续触发功能可与电脑连接测量

2、缺点：不能实时显示Confidential5Oscilloscope CategoryDPO 数字荧光示波器：数字荧光示波器： 结合了数字示波器和模拟示波器的特点结合了数字示波器和模拟示波器的特点Confidential6Principle 示波器基本原理示波器基本原理Confidential7Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率波道数和波道补偿波道数和波道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confidential8Bandwidth定义：定义

3、：示波器的输入端加入一固定的电压的正玄波信号，逐渐增加该示波器的输入端加入一固定的电压的正玄波信号，逐渐增加该正玄波的频率，直到示波器上显示该正玄波电压为原来的正玄波的频率，直到示波器上显示该正玄波电压为原来的0.707倍或倍或-3dB,此时的频率，即为示波器的规格带宽。此时的频率，即为示波器的规格带宽。 Confidential9Bandwidth V.S. Amplitude示波器带宽v.s.正玄波振幅Confidential10Oscilloscope Bandwidth V.S. Risetime示波器的带宽-影响转换时间的测量值带宽 * 上升时间=0.35测量值应为系统的合成结果（示

4、波器的带宽要大于输入信号的带宽） 列：使用1G带宽，即上升时间为350ps(=0.35/1G)的示波器，测量1ns的上升时间的方波信号（示波器的带宽应大于输入信号带宽的3倍）测量值如下：Confidential11Risetime Effect* 测量信号的上升时间时，示波器带宽将影响测量的结果测量信号的上升时间时，示波器带宽将影响测量的结果待测信号待测信号tr/示波器示波器tr上升时间测量误差上升时间测量误差1 ：141.4%3 : 15.4%5 : 12.0%10 : 10.5%Confidential12Probe Bw V.S. Risetime在测量中，探头必不可少，因此探头的带宽会

5、影响测量结果在测量中，探头必不可少，因此探头的带宽会影响测量结果Confidential13System Bandwidth由于带宽与上升时间成反比，故其公式如下：由于带宽与上升时间成反比，故其公式如下：从上面公式可以看出： 示波器带宽与探棒带宽越宽，对测量带宽的影响越小，即越接近讯号带宽Confidential14Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率通道数和通道补偿通道数和通道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confidential15Li

6、ner Range线性范围的线性范围的2种定义：种定义： 系统线性范围系统线性范围（输入灵敏度）：（输入灵敏度）：比如范围从1mv/div到10mv/div,在这个范围内测量精度固定 显示线性范围显示线性范围: 在一个屏幕显示范围内的线性度，即从屏幕的最下方到最上方范围内都应在统一范围内。Confidential16Overdrive Recovery过驱动恢复：过驱动恢复：是指输入示波器的信号，超过显示线性范围使得系统过驱动，此时示波器必须有恢复显示线性范围的能力，否则由于示波器工作在非线性区导致测量到的信号产生极大的误差。过充及下充：过充及下充：在测量脉冲信号时，必须使用过载恢复功能。Co

7、nfidential17Liner Range and Overdrive Recovery测量实列：示波器的过充恢复良好信号没有失真Confidential18Liner Range and Overdrive Recovery示波器过载恢复不佳，引起了信号失真。Confidential19Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率通道数和通道补偿通道数和通道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confidential20Sample Rate采样：

8、采样：将模拟信号的连续轨迹，转为等时间输出的数字资料 * 数字示波器的主要规格 * 水平清晰度采样技术采样技术： * 实施采样 * 等效采样 - 顺序等效采样 - 随机等效采样Confidential21Real time信号输入示波器，触发后， 一次采样完成所要的数据所要选择前置及后置触发的长短。具有同样的采样时间间隔基于Nyquist(奈奎斯特）理论，采样率最少要大于输入信号带宽的2倍。适于采集突发或间歇性信号。实时内插模式Confidential22IT*信号输入示波器，触发后，一次采样完成所要的数据*可以选择前置及后置触发的长短。*具有相同的采样间隔*基于Nyquist(奈奎斯特）理论

9、，采样率最少要大于输入信号带宽的2倍。*适于采集突发或间歇性信号。Confidential23ET 等时采样等时采样 利用重复采样技术，经过许多触发采集循环，来重 组一周期性高频波形 * 适用于周期性信号 *采样频率可以低于输入信号频率 *提供周期性信号更高的时间清晰度。 *两种采样技术：顺序采样与随机采样。 Confidential24ET顺序采样技术： * 在每一个触发点之后，从时序上累计采样点 * 每一个触发，采集一个采样点Confidential25ET随机采样技术随机采样技术 *在每一个触发点之前及之后，从时序上累计采样点； *为了时采样点在显示存储内的位置正确，必须测量从出发点到下

10、一 采样点的时间； * 每一个触发，采集多个采样点，提供更开的更新率。Confidential26The Theory of Sample Rate 实际线路需大于实际线路需大于2f 采样率，方能还原频率为采样率，方能还原频率为f 的正玄波的正玄波Confidential27Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率通道数和通道补偿通道数和通道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confidential28Channel and Sample Rate

11、 一般示波器使用越多通道数，则器采样率会随着下降。列如： * 一个最大实时采样率为20GS/s, 这是针对一个通道时的规格 * 若2个通道，其采样率为：10GS/s * 3-4 个通道：5 GS/s 特列：泰克的6000，3000系列采样率不变Confidential29Channel Deskew消除外部的时序误差（电缆延迟，不匹配的探头等） - 增加时序测量的准确度 - 需要电压电流相位参数的电力测量Confidential30Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率通道数和通道补偿通道数和通道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常

12、数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confidential31Memory Depth操作时以纪录长度来表示 * 以电位记录单位来记录波形 * 示波器储存采样点数据 * 记录长度可从数千点到数十兆点 * 在相同采样率的条件下，记录长度越长，纪录时间越长Confidential32Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率波道数和波道补偿波道数和波道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confident

13、ial33Sample Rate & Time Base & Record length 水平解析度水平解析度 * 两个采样点间的时间（采样区间）是最小的水平解析度 * 采样区间= 1/ 采样率 * 因此在采样率为50 MS/s 时，水平解析度为 1/50MS= 20 ns 在一个固定的记录时间内想要改进水平解析度有两个方法： * 更高的采样率（或速度） * 更长的记录长度（或存储器） Confidential34Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率波道数和波道补偿波道数和波道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数

14、记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发自动测量及统计分析自动测量及统计分析Confidential35Display Mode 显示模式: 压缩模式和非压缩模式 压缩模式（Fit to screen ON) * 将所有记录在存储器内的数据压缩显示在屏幕上 * 讲一个屏幕可显示500点，故拟合比率由存储长度自动决定。 * 可以ZOOM(缩放）的方式仔细观察特定部位的波形Confidential36Display Mode 非压缩模式（Fit to screen OFF) * 显示采集存储器内500资料在屏幕上 * 显示位置可任意选择Confidential37Parameter带宽带宽

15、线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率波道数和波道补偿波道数和波道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发Confidential38DPODPO 的快速波形捕获率，3D 数据库累计波形。Confidential39Parameter带宽带宽线性范围和过载范围线性范围和过载范围取样率取样率波道数和波道补偿波道数和波道补偿存储深度存储深度取样率取样率v.s.时基时基v.s.记录常数记录常数显示模式显示模式DPO 显示显示触发触发Confidential40Trigger所有采样的参考点都是根据出发而来，只有经过正确

16、的触发后，才能显示正确的波形计测量数据数字示波器提供多种触发形式， 模拟示波器仅有边缘触发。触发设置是经由触发电平，触发源，耦合方式，斜率及行式耦合方式：DC , AC 高频抑制，低频抑制及噪声抑制。Confidential41Trigger Type示波器的触发形式： - 边缘 - 脉冲 脉冲宽度，毛刺，欠幅脉冲， 转换斜率，超时 - 逻辑（logic) ( AND, OR, NAND, NOR) 建立/保持，图形， 状态 - 视频 图像选择 水平计算 - 通讯 ITU-T, TI102, SDH/SONET, Fiber Channel, EthernetConfidential42Plu

17、s Width Trigger采用特定脉冲宽度信号时使用。先定义两个脉冲宽度T1 及T2, 设 T1 T2脉冲信号的宽度T, 当T1TT或 TT2，触发称为外部触发。可选择正负脉冲触发Confidential43Glitch Trigger 采集脉冲宽度突然变窄的信号时使用先定义一个脉冲宽度T1.脉冲信号的宽度T, 当T1T时，触发。可选择正或负脉冲触发Confidential44Runt Trigger采集脉冲振幅突然变小的信号时使用先定义两个振幅门限（Thresholds)电压A1及A2, A2 A1脉冲信号的振幅A, 当A1AA2时，触发。可选择正或负脉冲触发亦可设置最小脉冲宽度Conf

18、idential45Transition Trigger采集快速上升（下降）或缓慢上升（下降）的脉冲信号使用先定义一个脉冲的高门限直A1及低门限值A2, A1 A2的时间差为T脉冲信号A1 A2 间的上升（下降）时间，若小于（慢于）或大于（块于）T时，触发。可选择正或负边缘触发Confidential46Setup and Keep Trigger采集建立及保持时间违规的数字信号时使用。需占用两个通道，分别为时钟及数据先定义时钟及数据的位置，然后定义建立时间Ts及保持时间Th在参考出发点之前的时间，为千一数据的保持时间，之后的时间，则为后一数据的建立时间。任一数据的建立或保持时间小于定义建立时

19、间Ts既保持时间Th时，触发。Confidential47Delay Trigger示波器针对不同通道允许设定两个出发点，其中一个通道为主触发点，另一个通道的触发点，可根据主触发点做时间或事件的延迟触发。时间延迟须设置主触发点后的时间长度，事件延迟则需设置主触发点后的时间次数。Confidential48Coupling Mode耦合方式：DC, AC , 高频抑制，低频抑制，噪 声抑制DC 耦合：依据信号的实际振幅位置来触发。AC 耦合： 将信号直流成分滤除Confidential49 示波器面板介绍示波器面板介绍Confidential50Summary外观介绍外观介绍屏幕显示说明屏幕显示说明垂直垂直/水平调整，水平调整， 通道的设置通道的设置触发设置触发设置波形