示波器基本理论培训教程

1、示波器基本理论示波器基本理论培训教程培训教程分销事业部分销事业部 陈鑫磊陈鑫录目录8波和波形波和波形8什么是示波器什么是示波器8示波器的各个组成部分示波器的各个组成部分8示波器的类型和区别示波器的类型和区别8数字示波器的工作原理数字示波器的工作原理8示波器的主要指标及其选择指南示波器的主要指标及其选择指南8数字示波器技术的发展数字示波器技术的发展什么是波什么是波8随时间变化的模式称为波，声随时间变化的模式称为波，声波、脑电波、海浪、电压波形波、脑电波、海浪、电压波形都是波都是波8波形能够揭示信号的许多特性波形能够揭示信号的许多特性0当看到波形的高度变化，则表当看到波形

2、的高度变化，则表示电压值在变化示电压值在变化0当看到的是平坦的水平线，则当看到的是平坦的水平线，则表示在一段时间内，信号没有表示在一段时间内，信号没有变化。变化。0平直斜线表示线性变化，电压平直斜线表示线性变化，电压以恒定的斜率上升或下降。以恒定的斜率上升或下降。0波形中的尖角指示的是突然的波形中的尖角指示的是突然的变更变更波的类型波的类型8大多数波都属于如下类型：大多数波都属于如下类型：0正弦波正弦波0方波和矩形波方波和矩形波0三角波和锯齿波三角波和锯齿波0阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波0噪声波噪声波 0复杂波复杂波8还有很多波是上述波形的组还有很多波是上述波形的组合合目录目录8波和波形波和波

3、形8什么是示波器什么是示波器8示波器的各个组成部分示波器的各个组成部分8示波器的类型和区别示波器的类型和区别8数字示波器的工作原理数字示波器的工作原理8示波器的主要指标及其选择指南示波器的主要指标及其选择指南8数字示波器技术的发展数字示波器技术的发展示波器示波器 - 电子工程师的眼睛电子工程师的眼睛示波器的首要条件示波器的首要条件准确地显示波形准确地显示波形保证信号完整性测量保证信号完整性测量什么是示波器什么是示波器8示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种综合的信号特性测示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。试仪，是电子测

4、量仪器的基本种类。8示波器的用途：示波器的用途：0电压表，电流表，功率计电压表，电流表，功率计0频率计，相位计频率计，相位计0脉冲特性，阻尼振荡脉冲特性，阻尼振荡8示波器的应用：示波器的应用：0电子，电力，电工电子，电力，电工0压力，振动，声，光，热，磁压力，振动，声，光，热，磁8以示波器为基础的仪器：以示波器为基础的仪器：0逻辑分析仪，时域反射仪，晶体管特性测试仪，心电图。逻辑分析仪，时域反射仪，晶体管特性测试仪，心电图。示波器的主要指标示波器的主要指标8示波器的带宽示波器的带宽8数字示波器的采样率数字示波器的采样率8示波器的触发和信号存储示波器的触发和信号存储8先进的先进的DPO技术技术选

5、选 择择 示示 波波 器器 的的 带带 宽宽带宽带宽8测量测量AC波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，测量精度就会下降，这一波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，测量精度就会下降，这一频率就是仪表的带宽，它由仪器的幅频特性决定。频率就是仪表的带宽，它由仪器的幅频特性决定。定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降3dB，此时的频率为仪，此时的频率为仪表的带宽。表的带宽。注：只能测量注：只能测量ACAC电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。100%（0dB）71%（-3dB）仪表的带宽（仪表的带宽（BW） 只能测量只能

6、测量低频交流的仪低频交流的仪表在处也下滑。表在处也下滑。幅频特性曲线幅频特性曲线带宽是选择示波器的第一参数带宽是选择示波器的第一参数8示波器的结构决定了带宽的重要性：示波器的结构决定了带宽的重要性：0放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽； 放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。8数字示波器的带宽也是模拟带宽。数字示波器的带宽也是模拟带宽。示波器示波器的典型的典型结构结构带宽由垂直放大器决定带宽由垂直放

7、大器决定ARTDSODPO放大器放大器水平水平放大器放大器垂直垂直放大器放大器延迟线延迟线触发触发放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D放大器放大器数字数字荧光器荧光器A/D uP模拟实时显示串行处理并行处理选择示波器的带宽依据选择示波器的带宽依据8以谐波情况为核心选择示波器；以谐波情况为核心选择示波器；8以上升沿情况选择示波器；以上升沿情况选择示波器；谐波谐波除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。谐波频率是基波频的整数倍。谐波频率是基波频的整数倍。周期波无论其波形如何都有谐波。周

8、期波无论其波形如何都有谐波。周期波给定的频率为基波频率。周期波给定的频率为基波频率。方波方波基波为正弦波基波为正弦波以方波为例以方波为例8方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越多，波形越近似方方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越多，波形越近似方波。波。0方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。0每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。0此外，谐波之间的相位关系也必须正确：此外，谐波之间的相位关系也必须正确：谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真

9、。谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。叠加叠加3次谐波次谐波 叠加叠加5次谐波次谐波基波基波叠加叠加7次谐波次谐波 叠加叠加9次谐波次谐波方波方波由方波为例得知由方波为例得知8正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率但是，在大多数情但是，在大多数情况下，这仅仅是最基本的，如果只是这样，是不够精确的，甚至是错误的。况下，这仅仅是最基本的，如果只是这样，是不够精确的，甚至是错误的。8要对波形进行准确的测量，对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如组要对波形进行准确的测量，对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如组成波形的主要

10、谐波分量超出仪表的带宽，那么我们就不能精确地测得波形的成波形的主要谐波分量超出仪表的带宽，那么我们就不能精确地测得波形的参数。参数。测量测量20MHz的方波的方波在在20MHz带宽示波器测试带宽示波器测试所显示的结果所显示的结果在在200MHz带宽示波器测试带宽示波器测试所显示的结果所显示的结果示波器所显示的波形示波器所显示的波形仪器带宽对测量波形影响仪器带宽对测量波形影响带宽对方波的影响带宽对方波的影响8带宽如何在时域影响波形。带宽如何在时域影响波形。0信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。0放大器的带宽很宽（和基波比较），输

11、出方波不表现失真。放大器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真。0放大器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发生畸变放大器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发生畸变，产生误差。，产生误差。0放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐波分量放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐波分量，波形呈圆弧状。，波形呈圆弧状。低通滤波器低通滤波器高带宽时的输出高带宽时的输出中带宽时的输出中带宽时的输出低带宽时的输出低带宽时的输出输入输入输出输出波形的谐波与测量精度的关系波形的谐波与测量精度的关系波波 形形 重要谐波数（基波重要谐波数（基波10）

12、 正弦波正弦波 无谐波分量无谐波分量 方方 波波 1:9 三角波三角波 1:3脉冲波（占空比脉冲波（占空比50） 1:9脉冲波（占空比脉冲波（占空比25） 1:14脉冲波（占空比脉冲波（占空比10） 1:26注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：9010上升时间测量上升时间测量*上升时间上升时间理想的方波和脉冲波的电压是有突然变化的波形，陡变有理想的方波和脉冲波的电压是有突然变化的波形，陡变有一定时间这取决于系统带宽及其他电路参数。一定时间这取决于系统带宽及其他电路参数。波形从一种电压变至另一种电压的时间称为上升时间波形从一种电压变至另一种电压的时间称

13、为上升时间上升时间通常在过渡的上升时间通常在过渡的10至至90处处8探头也是仪器，它和示波器共同组成测量系统。这一系统带宽将影响被测信号如正弦探头也是仪器，它和示波器共同组成测量系统。这一系统带宽将影响被测信号如正弦波、脉冲和方波的幅度和上升时间的测量精度，如果探头选择不当，你将无法预知测波、脉冲和方波的幅度和上升时间的测量精度，如果探头选择不当，你将无法预知测量结果的风险。探头和示波器上升时间和带宽的关系由下式决定：量结果的风险。探头和示波器上升时间和带宽的关系由下式决定：探头、示波器探头、示波器T上升上升0.35/BW（适合于（适合于1G以下示波器）以下示波器）BW=带宽（带宽（3dB时的

14、频率）（单位时的频率）（单位Hz）仪器测量系统上升时间仪器测量系统上升时间 探头上升时间探头上升时间2测量仪表上升时间测量仪表上升时间28测量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间，上升时间和带宽的关系由下式决定：测量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间，上升时间和带宽的关系由下式决定： 测量所得的上升时间测量所得的上升时间 信号上升时间信号上升时间2测量系统上升时间测量系统上升时间28探头的上升时间应快于示波器的上升时间（泰克非常精细的匹配示波器的系统带宽）探头的上升时间应快于示波器的上升时间（泰克非常精细的匹配示波器的系统带宽）8仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。仪表的上升时间应

15、小于被测量信号波形的上升时间。8波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的频率量也越高。波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的频率量也越高。上升延同带宽的关系上升延同带宽的关系8例：使用例：使用100Mhz探头和探头和100Mhz示波器组成测量系统，测量上升时间示波器组成测量系统，测量上升时间为为3.5ns的方波信号，系统带宽为多少？测量误差是多少？的方波信号，系统带宽为多少？测量误差是多少？0系统上升时间系统上升时间 3.5ns23.5ns2 4.95ns， 系统带宽系统带宽0.35/4.95ns70Mhz0显示信号上升时间显示信号上升时间 3.5ns24.9

16、5ns2 6.08ns， 测量误差测量误差(6.08-3.5 ) / 3.5738使用使用100Mhz示波器及不当的示波器及不当的100Mhz探头，将导致测量系统带宽性能探头，将导致测量系统带宽性能降低降低100Mhz以下以下8示波器带宽是应包含探头和示波器整个测量系统的问题，泰克公司承示波器带宽是应包含探头和示波器整个测量系统的问题，泰克公司承诺指定示波器的带宽（上升时间），是当使用原配探头时，系统上升诺指定示波器的带宽（上升时间），是当使用原配探头时，系统上升时间是探头尖的示波器带宽上升时间（上升时间）。时间是探头尖的示波器带宽上升时间（上升时间）。示波器测量系统带宽示波器测量系统带宽8例

17、：例：100Mhz正弦波使用正弦波使用100Mhz的示波器系统进行测量，依据幅频特的示波器系统进行测量，依据幅频特性可得测量显示的信号与被测信号的误差为性可得测量显示的信号与被测信号的误差为30。8例：一个带宽为例：一个带宽为100Mhz的方波上升时间为的方波上升时间为3,5ns的信号，使用的信号，使用100Mhz的示波器系统进行测量，根据上述公式计算显示信号与被测信号的误的示波器系统进行测量，根据上述公式计算显示信号与被测信号的误差为：差为：0100Mhz示波器上升时间示波器上升时间0.35/100Mhz3.5ns0仪器显示的信号上升时间仪器显示的信号上升时间 3.5ns23.5ns2 4.

18、95ns0测量误差（测量误差（4.95ns3.5ns）/ 3.5ns0.414418改善和提高测量精度只能提高示波器系统带宽，如选择比信号上升时改善和提高测量精度只能提高示波器系统带宽，如选择比信号上升时间高间高5倍的示波器倍的示波器,测量误差为：测量误差为：500Mhz示波器系统上升时间为示波器系统上升时间为0.35 / 500Mhz0.7ns 0仪器显示的信号上升时间仪器显示的信号上升时间 3.5ns20.7ns2 3.569ns0测量误差（测量误差（3.569ns3.5ns）/ 3.5ns0.01982（选择示波器的（选择示波器的5倍法倍法则）则）注意：注意：示波器系统带宽不足引起上升时

19、间慢和异常幅度衰减示波器系统带宽不足引起上升时间慢和异常幅度衰减示波器系统带宽（上升时间）对信号影响示波器系统带宽（上升时间）对信号影响波形上升时间与测量精度的关系波形上升时间与测量精度的关系1:1 41%2:1 22% 3:1 12%4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%信号上升时间仪表上升时间之比信号上升时间仪表上升时间之比 上升时间测量精度上升时间测量精度总结：选择示波器的带宽总结：选择示波器的带宽波形的重要谐波波形的重要谐波列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数： 波波 形形 重要谐波数（基波重要谐波数（基波10）正弦波正弦波 1:

20、1方方 波波 1:9三角波三角波 1:3脉冲波（占空比脉冲波（占空比50） 1:9脉冲波（占空比脉冲波（占空比25） 1:14脉冲波（占空比脉冲波（占空比10） 1:26 （ 正弦波基波为：正弦波基波为：1 ） 上升时间与测量精度上升时间与测量精度信号上升时间信号上升时间 上升时间上升时间 仪表上升时间仪表上升时间 测量精度测量精度 之比之比 1:1 41% 2:1 22% 3:1 12% 4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%采样原理及应用采样原理及应用采样采样采样点采样点数字化需要的数字化需要的保持时间保持时间采样间隔采样间隔 采样是等间隔地进行；采样是等间隔地进行；

21、采样率以采样率以 “点点/秒秒”来表示。来表示。实时采样、随机等效采样、顺序等效采样方式实时采样、随机等效采样、顺序等效采样方式采样时发生了什么？采样时发生了什么？采样过程采样过程信号信号采样采样数字化数字化存储存储采样保持采样保持转换成为数据转换成为数据顺序存储顺序存储屏幕显示选定屏幕显示选定部分的内存部分的内存屏屏幕幕1 0 1 1 1 0 0 11 1 1 1 0 1 0 1.1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 采样过程采样过程8模拟信号转化为数字信号经变换后最终恢复成模拟波形显示在示波器上，通模拟信号转化为数字信号经变换后最终恢复成模拟波形显示在示波器上，通

22、俗地说，采样实际上是在用点来描绘进入示波器的模拟信号。俗地说，采样实际上是在用点来描绘进入示波器的模拟信号。8“死区死区”指的是仪表不捕获信号的时间，如：数字化过程、数据处理过程，指的是仪表不捕获信号的时间，如：数字化过程、数据处理过程，模拟示波器的回扫过程模拟示波器的回扫过程8数据存储到存储器中，还可以进行预触发，后触发的观察与分析。数据存储到存储器中，还可以进行预触发，后触发的观察与分析。输入重复信号输入重复信号第一次采集第二次采集第三次采集。数字实时采样技术：数字实时采样技术：实时采样是最直观的采样方式，采样率超实时采样是最直观的采样方式，采样率超过模拟带宽过模拟带宽4 45 5倍或更高

23、。倍或更高。8只需一次触发已采集到信号所有资料只需一次触发已采集到信号所有资料8对信号的要求：重复信号且可允许信号变化对信号的要求：重复信号且可允许信号变化8实时采样技术示波器，不仅适用捕获重复信号、而且是捕捉非重复信号和单次信号的实时采样技术示波器，不仅适用捕获重复信号、而且是捕捉非重复信号和单次信号的有效技术。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号前提条件。有效技术。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号前提条件。8示波器标定带宽重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽示波器标定带宽重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽第一次触发采集第二次触发采集第三次触发采集第四次触发采集输入重复信号输入重复

24、信号随机数字等效采样技术：随机数字等效采样技术：以较低的以较低的A/D对信号采集对信号采集, 将多次触将多次触发采集到的资料进行重组，实现对重复信号的捕获和显示。发采集到的资料进行重组，实现对重复信号的捕获和显示。8需要经过多次触发才能采集到信号的所有资料需要经过多次触发才能采集到信号的所有资料8对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。8等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。以及是捕

25、获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。8示波器标定带宽重复信号带宽示波器标定带宽重复信号带宽 瞬态（单次）信号带宽。瞬态（单次）信号带宽。 单次采样带宽也就是我们常说的实时带宽，它是由模拟带宽、单次采样带宽也就是我们常说的实时带宽，它是由模拟带宽、采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次波形的完整性波形的完整性 。 波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。幅度幅度时间时间 对

26、于单次事件，示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单次对于单次事件，示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单次捕捉所获得的波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号捕捉所获得的波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最最高高频率带宽的频率带宽的2 2倍从而保证信号在恢复时不发生混迭现象。倍从而保证信号在恢复时不发生混迭现象。单次采集带宽单次采集带宽波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。正弦内插：（正弦内插：（SinX/xSinX/x）利

27、用曲线来连接样点，通用性更强。它利用数学处理，在实）利用曲线来连接样点，通用性更强。它利用数学处理，在实际样点间隔中运算出结果。这种方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现际样点间隔中运算出结果。这种方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。实的普通波形。泰克公司采用的是泰克公司采用的是 sin x/x sin x/x 正弦内插发复现信号。正弦内插发复现信号。内插系数：内插系数：泰克公司的内插系数为2.5,采用5倍以上示波器带宽的采样率是为提高信号的保真使用正弦内插，一般采用内插系数为使用正弦内插，一般采用内插系数为5 5计算示波器的单次信号带宽。计算示波器的单次信号带

28、宽。单次带宽实单次带宽实时采样率时采样率/5/5（内插系数）。（内插系数）。使用线性内插，一般采用内插系数为使用线性内插，一般采用内插系数为1010计算示波器的单次计算示波器的单次信号带宽。单次带宽实时采样率信号带宽。单次带宽实时采样率/10/10（内插系数）。（内插系数）。 正弦内插正弦内插 线性内插线性内插单次采集带宽和波形复现单次采集带宽和波形复现示波器采样率决定：示波器采样率决定：窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力只窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现8示波器带宽选定后，采样率决定了

29、单次带宽。单次宽决定示波器对毛刺和单示波器带宽选定后，采样率决定了单次带宽。单次宽决定示波器对毛刺和单脉冲信号的捕获能力和复现能力，也决定了示波器检测重复信号中异常信号脉冲信号的捕获能力和复现能力，也决定了示波器检测重复信号中异常信号和随机毛刺信号的捕获能力。和随机毛刺信号的捕获能力。例：示波器带宽例：示波器带宽100Mhz100Mhz 采样率采样率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S, （不考虑带宽对波形的影响）（不考虑带宽对波形的影响）记录长度与单次带宽记录长度与单次带宽8取样速率应该至少是测得的模拟信号带宽的取样速率应该至少是测得的模拟信

30、号带宽的5倍倍8一般在一个边沿上需要一般在一个边沿上需要 5 - 8个样点个样点; 例如例如10 ns转换至少要求转换至少要求 500 MS/s的取样的取样速率速率8单次采集的记录时间与记录长度直接成正比单次采集的记录时间与记录长度直接成正比记录时间记录时间 (秒秒) = 取样速率取样速率 (样点样点/秒秒)记录长度记录长度 (样点数量样点数量)欠幅脉冲捕捉欠幅脉冲捕捉毛刺捕捉毛刺捕捉 实际工作中，比如：冲击电流、破坏性试验的捕捉和测量，对欠幅脉实际工作中，比如：冲击电流、破坏性试验的捕捉和测量，对欠幅脉冲、单脉冲、毛刺、电源中断、电压击穿、开关特性等等瞬态信号和非重冲、单脉冲、毛刺、电源中断

31、、电压击穿、开关特性等等瞬态信号和非重复信号进行捕捉和分析，这些都是每天都要面对的。复信号进行捕捉和分析，这些都是每天都要面对的。 （稳态和瞬态的分析）（稳态和瞬态的分析）单次信号的捕获应用广泛单次信号的捕获应用广泛总结：采样率的选择总结：采样率的选择8我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配合，这样才我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的测量结果。能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的测量结果。8示波器示波器采样率不足采样率不足，将会使信号失去高频成份，影响对信号的完整性测量。，将会使信号失

32、去高频成份，影响对信号的完整性测量。如：使信号上升和下降时间变慢，或造成波形漏失。如：使信号上升和下降时间变慢，或造成波形漏失。8如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我们建议采样率要在如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。示波器的主要指标示波器的主要指标示波器的带宽示波器的带宽数字示波器的采样率数字示波器的采样率8示波器的信号存储和触发示波器的信号存储和触发8先进的先进的DPO技术技术示波器的信号存储和触发示波器的信号存储和触发记录长度（存储长度）记录长度（存储长度）8定义：定义：一个波

33、形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数。一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数。8最大的记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长最大的记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长度。度。8记录长度和观看波形细节有关：记录长度和观看波形细节有关：波形的存储波形的存储8示波器的存储由两个方面来完成：示波器的存储由两个方面来完成：0触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；0示波器的存储深度决定了数据存储的终点。示波器的存储深度决定了数据存储的终点。8记录时间记录长度记录时间记录长度 / 采样率采样率触发点触

34、发点延时时间延时时间记忆长度记忆长度起点起点终点终点示波器采样率与存储长度的关系示波器采样率与存储长度的关系8示波器最高采样率决定示波器单次带宽的限制，为保证波形精确复现建议：示波器最高采样率决定示波器单次带宽的限制，为保证波形精确复现建议：正弦内插技术示波器以正弦内插技术示波器以:采样率采样率/ 5单次带宽单次带宽8 线性内插技术示波器以线性内插技术示波器以:采样率采样率/10单次带宽。单次带宽。8采样率不足将限制示波器单次带宽。如果示波器在全带宽范围内，对单次信采样率不足将限制示波器单次带宽。如果示波器在全带宽范围内，对单次信号实现捕获和精确复现。只有采样率高于示波器带宽号实现捕获和精确复

35、现。只有采样率高于示波器带宽5倍以上（正弦内插）倍以上（正弦内插），才能使示波器的重复信号带宽单次信号带宽，才能使示波器的重复信号带宽单次信号带宽。8示波器存储长度对波形的记录是以波形精确捕获为前提。示波器存储长度对波形的记录是以波形精确捕获为前提。0当信号频率或速度超过单次带宽的限制（信号不能重组），即使示波器当信号频率或速度超过单次带宽的限制（信号不能重组），即使示波器带宽对信号不产生影响，但由于采样不足将造成显示信号的混叠、畸变带宽对信号不产生影响，但由于采样不足将造成显示信号的混叠、畸变和漏失。就是示波器有再长的存储，存储的波形也是畸变的失真波形。和漏失。就是示波器有再长的存储，存储的

36、波形也是畸变的失真波形。0当单次信号中的高频成份，低于示波器的单次带宽，才能保证信号的高当单次信号中的高频成份，低于示波器的单次带宽，才能保证信号的高频细节。此时存储长度越长，波形记录时间越长。频细节。此时存储长度越长，波形记录时间越长。数字示波器基本原理数字示波器基本原理存储深度存储深度水流速度相同，容器越大，接水时间越长。采样率相同，存储深度越大，观察到的时间越长。容器相同，想要接水时间越长，那么水流速度越小存储深度相同，采观察的波形时间越长（时间档位越大），样率必须越小被测信号时间被测信号时间T T被测信号时间被测信号时间T T被测信号时间被测信号时间T T采样率、单次带宽与存储深度采样

37、率、单次带宽与存储深度对波形限制对波形限制示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间 示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间采样率、单次带宽与存储深度：采样率、单次带宽与存储深度：对波形的限制对波形的限制 示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间 示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间 示波器存储深度和存储时间示波器存储深度和存储时间事件信号时间长度事件信号时间长度事件信号时间长度事件信号时间长度事件信号时间长度事件信号时间长度存储深度总结存储深度总结8示波器带宽、单次带宽和记录长度对被测波形显示的影响：示波器带

38、宽、单次带宽和记录长度对被测波形显示的影响：0单次带宽对单次信号的精确复现起到限制作用。对单次事件和脉冲串等单次带宽对单次信号的精确复现起到限制作用。对单次事件和脉冲串等非重复信号，以及对重复信号中的异常信号进行捕获时，如采样率不符非重复信号，以及对重复信号中的异常信号进行捕获时，如采样率不符合捕获信号速度的要求，将造成复现的信号会失去高频成份。显示的信合捕获信号速度的要求，将造成复现的信号会失去高频成份。显示的信号与被测信号相比，上升和下降时间变慢，或高频脉冲信息漏失，影响号与被测信号相比，上升和下降时间变慢，或高频脉冲信息漏失，影响信号完整性测量。在这种情况下不论示波器的存储深度有多长，已

39、没有信号完整性测量。在这种情况下不论示波器的存储深度有多长，已没有实际意义。实际意义。0在保证对单次信号进行精确捕获前提下，示波器存储深度越长，波形的在保证对单次信号进行精确捕获前提下，示波器存储深度越长，波形的存储时间就越长。存储时间就越长。0由于示波器存储深度有限。使用的不是示波器最高采样率，对单次信号由于示波器存储深度有限。使用的不是示波器最高采样率，对单次信号进行捕获时。提高采样率可以提高对信号的捕获精度和分辨率。但降低进行捕获时。提高采样率可以提高对信号的捕获精度和分辨率。但降低了存储信号的时间。了存储信号的时间。0采样率和存储深度有限，提高存储时间只能降低采样率，但降低采样率采样率

40、和存储深度有限，提高存储时间只能降低采样率，但降低采样率将失去波形的细节同时失去快沿信号的高频成份使上升时间变慢。将失去波形的细节同时失去快沿信号的高频成份使上升时间变慢。0如单次信号时间较长，要保证信号中高频信息不丢失（信号漏失和畸变如单次信号时间较长，要保证信号中高频信息不丢失（信号漏失和畸变）。需要我们综合考虑示波器带宽、采样率和存储长度等指标，以保证）。需要我们综合考虑示波器带宽、采样率和存储长度等指标，以保证被测信号的精确复现。被测信号的精确复现。0示波器的捕获率和触发功能、可以优化示波器的存储深度和采样率。示波器的捕获率和触发功能、可以优化示波器的存储深度和采样率。示波器的触发示波

41、器的触发8触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候，都从输入信号上与定触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候，都从输入信号上与定义的相同的触发条件开始，这样每一次扫描或采集的波形就同步，可以每次义的相同的触发条件开始，这样每一次扫描或采集的波形就同步，可以每次捕获的波形相重叠，从而显示稳定的波形，或保证单次信号的捕获。捕获的波形相重叠，从而显示稳定的波形，或保证单次信号的捕获。0模拟示波器触发和数字示波器的触发是使重复信号稳定显示模拟示波器触发和数字示波器的触发是使重复信号稳定显示0对单次信号进行捕获对单次信号进行捕获0对重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获。对

42、重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获。8触发设置是使用示波器最麻烦的一点触发设置是使用示波器最麻烦的一点0示波器设置都是依据信号特征进行的，所以应该对被测信号有所了解。示波器设置都是依据信号特征进行的，所以应该对被测信号有所了解。0示波器提供了许多触发设置方式，这些触发器（功能）可以响应输入信示波器提供了许多触发设置方式，这些触发器（功能）可以响应输入信号的不同条件，根据波形特征加以设定和正确应用。会使检测简化，帮号的不同条件，根据波形特征加以设定和正确应用。会使检测简化，帮助快速发现问题。如一个脉冲比实际应该达到的宽度要窄，若只使用电助快速发现问题。如一个脉冲比实际应该达到

43、的宽度要窄，若只使用电压门限的触发器是不可能捕获到这样的脉冲。压门限的触发器是不可能捕获到这样的脉冲。0高级触发控制使你可以单独关注波形中感兴趣的细节，这样可以使示波高级触发控制使你可以单独关注波形中感兴趣的细节，这样可以使示波器采样速率和记录长度得到优化。器采样速率和记录长度得到优化。8触发器：边缘（电压门限）、释抑、脉冲、逻辑、视频、触发器：边缘（电压门限）、释抑、脉冲、逻辑、视频、B触发等、触发等、8触发模式：自动、正常、单次、滚动模式触发模式：自动、正常、单次、滚动模式数字示波器时基和触发电路功能数字示波器时基和触发电路功能8数字示波器的时基和触发电路的功能与模拟示波器的有很大不同。它

44、不像模数字示波器的时基和触发电路的功能与模拟示波器的有很大不同。它不像模拟示波器的时基电路那样产生斜波电压。而时基电路是一个晶体振荡器。通拟示波器的时基电路那样产生斜波电压。而时基电路是一个晶体振荡器。通过测量触发信号和取样时钟之间的时间差，微处理器便可确定将波形取样放过测量触发信号和取样时钟之间的时间差，微处理器便可确定将波形取样放在显示器的什么地方。在显示器的什么地方。8对选定的触发功能和设定的触发条件，进行精确的鉴别，依据是否符合触发对选定的触发功能和设定的触发条件，进行精确的鉴别，依据是否符合触发条件决定取样阀门的关断。条件决定取样阀门的关断。放大器放大器高频高频低频抑制低频抑制噪声噪

45、声DCDC采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D时基电路时基电路晶体振荡器晶体振荡器AC取样时钟取样时钟来源来源2通道通道通道通道1 1DC地地来源来源3通道通道EXT外触发外触发触发比较触发比较器电路器电路示波器观测波形：示波器观测波形：应根据波形特征进行对示波器设置应根据波形特征进行对示波器设置8所有波形都具有自己的特征，主要类别所有波形都具有自己的特征，主要类别0周期信号：连续不断的信号周期信号：连续不断的信号4周期相同的简单重复信号如：正弦波、方波等信号周期相同的简单重复信号如：正弦波、方波等信号4在小周期内不同但每个小周期可以重叠的周期信号如：调制、多周期在小周期

46、内不同但每个小周期可以重叠的周期信号如：调制、多周期、低重复率等信号、低重复率等信号4复杂周期信号如：视频信号复杂周期信号如：视频信号0非周期信号或称为单次信号：有起始和结止时间的信号非周期信号或称为单次信号：有起始和结止时间的信号4高速单次信号如：单脉冲、阶跃等信号高速单次信号如：单脉冲、阶跃等信号4单次事件信号如：脉冲序列、高压放电、震荡等信号单次事件信号如：脉冲序列、高压放电、震荡等信号4重复信号中的异常信号如：重复信号中的欠幅脉冲、脉冲序列中特征重复信号中的异常信号如：重复信号中的欠幅脉冲、脉冲序列中特征码等信号码等信号8示波器接入电路后并不能看到波形，我们需要根据已知信号的特征进行对

47、示示波器接入电路后并不能看到波形，我们需要根据已知信号的特征进行对示波器调整和触发条件的设定，才能捕获得到稳定显示的波形。波器调整和触发条件的设定，才能捕获得到稳定显示的波形。8调整垂直和水平部分，合理的选择耦合、垂直与时基等，为波形稳定或为单调整垂直和水平部分，合理的选择耦合、垂直与时基等，为波形稳定或为单次信号的捕获做好合理显示的准备。次信号的捕获做好合理显示的准备。8根据的波形特征，选择触发器和设定触发条件才能稳定和捕获你关心的信号根据的波形特征，选择触发器和设定触发条件才能稳定和捕获你关心的信号数字示波器触发模式数字示波器触发模式8自动：自动：即使没有触发，自动模式也能引起示波器的扫描

48、。如果没有信号的输即使没有触发，自动模式也能引起示波器的扫描。如果没有信号的输入，示波器中的定时器触发扫描。有信号显示信号，没有信号显示水平基线入，示波器中的定时器触发扫描。有信号显示信号，没有信号显示水平基线。8正常：正常：当输入信号不能满足触发条件时，不扫描，示波器没有任何显示。只当输入信号不能满足触发条件时，不扫描，示波器没有任何显示。只有当输入信号满足设置的触发点条件时，才进行扫描，并将最后捕获到的信有当输入信号满足设置的触发点条件时，才进行扫描，并将最后捕获到的信号冻结显示在屏幕上。如符合触发条件，再次进行捕获，清除上次信号，保号冻结显示在屏幕上。如符合触发条件，再次进行捕获，清除上

49、次信号，保留冻结此次的波形。留冻结此次的波形。8单次：单次：当输入的单次信号满足触发条件时，进行捕获（扫描），将波形存储当输入的单次信号满足触发条件时，进行捕获（扫描），将波形存储和显示在屏幕上。此时再有信号输入示波器不予理会。需要进行再次捕获必和显示在屏幕上。此时再有信号输入示波器不予理会。需要进行再次捕获必须进行单次设置。须进行单次设置。8滚动：滚动：模式是一种可以应用于全连续显示的方式，可以用示波器来代替图表模式是一种可以应用于全连续显示的方式，可以用示波器来代替图表记录仪来显示慢变化的现象，如化学过程、电池的冲放电周期或温度对系统记录仪来显示慢变化的现象，如化学过程、电池的冲放电周期或

50、温度对系统性能的影响等。性能的影响等。8注：注：在实际应用中，采用正常触发模式即使触发以很慢的速率发生，也能观在实际应用中，采用正常触发模式即使触发以很慢的速率发生，也能观测感兴趣的内容。对低重复的信号捕获是非常有意义。测感兴趣的内容。对低重复的信号捕获是非常有意义。触发耦合触发耦合8触发耦合：触发信号与触发电路的耦合方式触发耦合：触发信号与触发电路的耦合方式0默认时为默认时为DC耦合，触发源直接连到触发电路耦合，触发源直接连到触发电路0交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路0HF抑制：使触发源信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味着即使

51、一抑制：使触发源信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味着即使一个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。0LF抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分，这对于显抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分，这对于显示包含很多电源交流声的信号时的情况是很有用的。示包含很多电源交流声的信号时的情况是很有用的。0TV触发：在触发：在TV模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中的同步脉冲作为触发信号。的同步脉冲作为触发信号。TV触发有两种模式，触发有两

52、种模式，TVF 场和场和TVL行行0数字示波器的高级触发功：单次、毛刺、宽度、欠幅脉冲、斜率、建立数字示波器的高级触发功：单次、毛刺、宽度、欠幅脉冲、斜率、建立/保保持逻辑（定时关系和状态分析）持逻辑（定时关系和状态分析）TV（可选场（可选场/行和行计数）行和行计数）边缘触发功能：边缘触发功能：是使重复信号同步、稳定显示是使重复信号同步、稳定显示8示波器为使重复波形稳定显示，示波器为使重复波形稳定显示，具有边缘触发最基本的触发方式，具有边缘触发最基本的触发方式，0上升、下降沿和触发电平在信号边缘上构成触发点，重复信号会有多个上升、下降沿和触发电平在信号边缘上构成触发点，重复信号会有多个触发点。

53、触发位置、沿和触发电平决定每次扫描的开始时刻。同时触发触发点。触发位置、沿和触发电平决定每次扫描的开始时刻。同时触发位置还代表波形记录中触发水平位置。位置还代表波形记录中触发水平位置。0边缘触发控制器是使每一次扫描起始都从信号的相同触发位置开始，不边缘触发控制器是使每一次扫描起始都从信号的相同触发位置开始，不断的显示输入信号的相同部分，并使每次捕获的波形相重叠显示。断的显示输入信号的相同部分，并使每次捕获的波形相重叠显示。8波形边缘和触发电平的设置成为重复信号显示的标准条件波形边缘和触发电平的设置成为重复信号显示的标准条件8对于重复信号对于重复信号AUTOSET(自动设置）是最简单的触发方式。

54、自动设置）是最简单的触发方式。 触发条件不具备触发条件不具备 具备触发条件具备触发条件触发点触发点触发电平触发电平T 触发位置触发位置T 触发位置触发位置触发电平触发电平边缘触发和单次触发：边缘触发和单次触发：是使简单单次信号得到捕获是使简单单次信号得到捕获8示波器为使单次信号（包括重复信号中的过冲异常）得到捕获。示波器为使单次信号（包括重复信号中的过冲异常）得到捕获。边缘边缘触发条件是基本的触发方式。但要同时设定单次触发模式进行配合。触发条件是基本的触发方式。但要同时设定单次触发模式进行配合。0重复信号上升、下降沿和触发电平在信号边缘上构成触发点，而重复信重复信号上升、下降沿和触发电平在信号

55、边缘上构成触发点，而重复信号会构成有多个触发点。估对重复信号中异常波形捕获的触发条件设定号会构成有多个触发点。估对重复信号中异常波形捕获的触发条件设定，必须能使沿和触发电平构成唯一触发条件，信号方能得到隔离捕获。，必须能使沿和触发电平构成唯一触发条件，信号方能得到隔离捕获。0波形边缘和电平的设置是单次信号捕获的标准条件波形边缘和电平的设置是单次信号捕获的标准条件触发电平触发电平触发电平触发电平多个触发条件不能捕获多个触发条件不能捕获触发电平触发电平触发电平触发电平触发电平触发电平触发电平触发电平触发电平触发电平沿和电平构成唯一触发条件能捕获沿和电平构成唯一触发条件能捕获多个触发条件不能捕获多个

56、触发条件不能捕获上升沿和电平构成触发条件上升沿和电平构成触发条件下降沿和电平构成触发条件下降沿和电平构成触发条件上升沿和电平构成触发条件上升沿和电平构成触发条件沿和电平构成触发条件沿和电平构成触发条件触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发点触发释抑（触发释抑（Hold off）8有些信号具有多个可能的触发点，如右图数字信有些信号具有多个可能的触发点，如右图数字信号。号。该信号虽然在较长的时间周期内是重复的该信号虽然在较长的时间周期内是重复的，但是在短时间内情况则不然，这样一来，正常，但是在短时间内情况则不然，这样一来，正常触发扫描出的波形出现混迭。触

57、发扫描出的波形出现混迭。8为解决这个问题，采用了触发隔离功能，即在各为解决这个问题，采用了触发隔离功能，即在各次扫描之间加入延迟时基，使得扫描的每次触发次扫描之间加入延迟时基，使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形总是从相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形显示。显示。8另一方面，触发隔离的使用显然在波形捕获方面另一方面，触发隔离的使用显然在波形捕获方面遭到了损失。遭到了损失。隔离时间过短波形混迭隔离时间过短波形混迭正确隔离时间正确隔离时间Post-TriggerPre-TriggerTrigger 数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发前的事件。数字示波器的一个

58、最显著特点在于它容许用户观看触发前的事件。这是因为数据被连续地存储到内存中，同时触发事件在数据量足够后停这是因为数据被连续地存储到内存中，同时触发事件在数据量足够后停止采集。止采集。预触发预触发/后触发后触发 采样点数字化采样点数字化 时间等间隔时间等间隔 可选的预可选的预/后触发后触发数字示波器的高级触发功能数字示波器的高级触发功能8高级触发功能的模式，主要针对数字信号：高级触发功能的模式，主要针对数字信号：0 首先，对偶尔出现问题的信号现象进行预测；首先，对偶尔出现问题的信号现象进行预测；0 确定脉冲的受限状态况，以及安排用一个脉冲，或者确定脉冲的受限状态况，以及安排用一个脉冲，或者是与这

59、些状况相匹配的脉冲来触发。是与这些状况相匹配的脉冲来触发。8具体形式有：具体形式有：0脉冲宽度触发；脉冲宽度触发；0矮脉冲触发；矮脉冲触发；0脉冲斜率触发；脉冲斜率触发；0逻辑触发逻辑触发0建立建立/保持时间触发保持时间触发宽度触发宽度触发:我们关心周期信号中出现的与规定时间宽度不符的异常信号或关我们关心周期信号中出现的与规定时间宽度不符的异常信号或关心脉冲序列中的某一时间宽度特征码捕获。使用脉冲宽度触发是最佳选择。心脉冲序列中的某一时间宽度特征码捕获。使用脉冲宽度触发是最佳选择。8由于信号在波形的沿上都具有触发点。隔离捕获异常宽度信号时，利用边缘由于信号在波形的沿上都具有触发点。隔离捕获异常

60、宽度信号时，利用边缘触发的基本方式设定触发条件，是不可能捕获到异常宽度波形。触发的基本方式设定触发条件，是不可能捕获到异常宽度波形。8根据信号的特征根据信号的特征(波形宽度问题），选用脉冲宽度触发功能设定触发电平和设波形宽度问题），选用脉冲宽度触发功能设定触发电平和设定所要捕获波形的时间宽度定所要捕获波形的时间宽度( 时间触发条件设定为时间触发条件设定为= 或或 或或 )。当波。当波形满足电平触发条件。同时满足设定的波形时间宽度的触发条件时，通过脉形满足电平触发条件。同时满足设定的波形时间宽度的触发条件时，通过脉冲宽度触发比较器使示波器触发，捕获到所关心的宽度波形。冲宽度触发比较器使示波器触发