ds0143a测试测量技术之数字示波器产品培训

RIGOL示波器产品与应用

国内销售部苏一

suyi@

日程RIGOL介绍及主要产品概况示波器主要技术指标混合信号与总线分析示波器探头基础典型应用：电源测试示波器功能介绍

与实际操作RIGOL概况北京普源精电科技有限公司总部设在北京，苏州设有研发生产基地，美国、欧洲设有分公司现有员工400余人，其中研发工程师超过100人RIGOL®是公司的英文名称和注册商标RIGOL是国家级高新技术企业；作为牵头单位承担“2013年国家重大科学仪器设备开发专项”公司拥有所有产品的全部核心知识产权，以自主品牌向60多个国家和地区的用户提供服务自主拥有组装流水线、注塑车间、SMT贴片车间，CNC数控加工车间，以实现更好的品质控制电子测量仪器化学分析仪器微波/射频通用测量化学分析产品应用领域:药物分析及研发食品安全及质控环境监测与保护科研和教学产品应用领域:科研和教学电子产品的设计和生产工业自动化和汽车电子广播电视和通信RIGOL业务分布RIGOL产品发展轨迹每年都有新产品推出：全部国内首创、达到同类产品国际水平电子测量仪器内部文件禁止外传RIGOL产品已得到国际主流市场认可RIGOL

DS6000系列数字示波器获得有“科技创新奥斯卡”之称的美国R&D1002011年度大奖，这是该奖创立以来中国仪器公司首次获奖RIGOL

DG4000系列函数任意波形发生器获得R&D1002012年度大奖，这是中国大陆公司首次两次获奖RIGOL

的创新不是凭“侥幸”，“内涵式”发展的创新机制正在形成和不断完善RIGOL的专利和标准RIGOL

是“数字存储示波器通用技术条件和测试方法”国家标准的起草单位，是“函数信号发生器通用技术规范”等多项国家标准的牵头单位RIGOL

是“LXI国际标准联盟”的战略核心成员，是全球仅有两个LXIA类设备比对测试实验室之一RIGOL

2010年成为北京市专利试点单位、2011年又被评为北京市专利示范单位RIGOL

已申请专利412件，其中发明专利309件，现在每年专利申请量超过一百件MediumEconomyPerformance

Performance

CostDS1000E(D)50MHz~100MHzDS1000Z70MHz~100MHzDS6000600MHz~1GHzDS2000A70MHz~300MHzMSO/DS4000100MHz~500MHzTDS2000DPO2000DPO3000DSOX2000DSOX3000DPO4000DSOX3000DSO7000RIGOL主要示波器产品TDS1000TDS2000DPO2000DSO1000DSOX2000主要功能比较系列带宽采样率存储长度捕获率波形录制MSO解码功能信号源屏幕DS6K600M-1G5Gs/s140M180K/s200K--有--10.1’’DS/MSO4K100-500M4Gs/s140M110K/s200K有有--9’’DS2KA70-300M2Gs/s14M50K/s65K有有-S8’’DS1KZ70-100M1Gs/s12M30K/s60K有有-S7’’DS1KB70-200M2Gs/s16K----------5.7’’DS1KE/D50-100M1Gs/s1M----D系列----5.6’’示波器主要技术指标重要技术参数介绍-带宽数字示波器带宽也称为模拟带宽，指示波器前端模拟电路的带宽。定义为在幅频特性曲线中，随正弦波频率的增加，信号的幅度下降到-3dB(70.7％)，此时的频率点称为示波器的带宽。0dB(100%)-3dB(70.7%)仪器带宽fV采样率示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数据，并且顺序存储的过程。采样率=1/△t经验公式：采样率>5倍带宽实时采样与等效采样交织与复用△t存储深度存储深度：示波器一次采样的存储空间。波形存储时间＝存储深度/采样率示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。预采样触发点延迟采样存储深度存储长度对波形测试的影响存储长度直接影响单次捕获的波形长度高采样率配合长存储才能保证捕获较长的指令执行和信号变化应用实例：电脑启动过程中会和外围设备进行验证性的通讯，这个过程长达几十秒，而其中的信号频率一般在MHz级10s周期几个重要的公式示波器带宽决定了多高频率的信号是可以测量的示波器带宽至少是被测信号的频率5倍以上示波器上升时间=0.35/示波器带宽如果示波器上升时间是被测信号的1/5以下，影响可以忽略不计采样率越高越能展示信号的细节记录时间＝存储长度/采样率什么是触发首先看看没有稳定触发的波形再看看有稳定触发的波形推论:触发是使示波器能够稳定显示波形的功能。该功能使示波器更新显示波形时，总是从满足触发条件的位置开始，映射到屏幕上的相同位置，从而使波形不晃动什么是触发作用一：隔离感兴趣的事件在触发点处总是小于20us的脉宽，而其它大多数大于50us的正常脉宽无法在触发点处显示作用二：同步要显示的波形如果采用上升沿触发，由于异常脉冲和正常脉冲均能引起触发，从而会交替的显示在触发位置，从视觉上导致波形重叠(晃动)，合理的触发条件能让每次显示在触发位置处的波形相同。什么是触发模拟示波器收到触发后，即时在屏幕上显示波形，因此模拟示波器没有预触发功能，仅能通过延时线增加少量延时数字示波器即使没有触发，也仍然不断的采集波形，采集的样点在存储器中循环存放，总是用最新采集的数据覆盖最老的数据预触发：捕获触发之前的波形，数字示波器特有的功能触发系统触发耦合AC耦合：通过在触发源和触发比较器之间串接电容，使触发信号的交流成分通过，而阻止直流成分。DC耦合：通过信号的全部成分，示波

器一般默认为直流耦合方式。

高频抑制、低频抑制和噪声抑制，主要

是对触发源进行不同的滤波处理，阻隔

触发源中不感兴趣的信号，降低误触发，

使触发能够稳定。触发系统触发释抑在前一次触发之后的一段时间内(即释抑时间)，暂时关闭示波器的触发电路，在这段时间内即使有满足触发条件的信号波形点，示波器也不会触发。

为稳定显示波形而设置的功能。主要针对大

周期重复而在大周期内有很多满足条件的不

重复的波形点而专门设置的。实际应用举例：复杂的脉冲串、调幅信号

负作用:释抑时间的增加，带来了波形捕获

方面的损失。释抑时间过短，波形混叠正确释抑时间触发系统触发灵敏度决定着在某个频率范围内示波器对规定边沿触发条件的反应能力

在捕获高速数字信号时，触发灵敏度是一个关键指标，通常作为

固定的性能指标给出并非越灵敏越好，太灵敏可能会导致误触发，而不够灵敏又会导

致漏触发

通过合理调节触发灵敏度，消除实际环境

信号噪声的影响，获得稳定触发触发系统触发设置五要素1,触发源2,触发位置3,触发电平5,触发方式4,触发类型触发源:可选择示波器任意通道、外部、市电触发位置:可调节预触发

和后触发在内存中所占的波形点数

触发电平:区分信号和事

件，定义了信号是否为

满足触发条件的“事件”触发方式:自动、普通、

单次、停止触发类型:提供触发条件的详细设置触发方式和类型触发方式自动(Auto):不管是否满足触发条件，都实时刷新波形，当作为触发源

的波形没有规律时，该模式下，示波器屏幕上的波形一

般会不停地晃动。普通(Normal):只有满足触发条件才会引起真正的触发，否则屏幕上

的波形保持上一次触发后的波形不变，每次触发后

都自动解锁，等待下一次触发单次(Single):

仅在第一次满足触发条件的波形处触发，触发成功后

示波器停止捕获波形，直到手动解锁停止(Stop):

强制停止波形捕获，不响应任何触发触发方式和类型触发类型边沿触发、脉宽触发

斜率触发、交替触发

视频触发、码型触发

毛刺触发、超时触发

欠幅触发、协议触发条件触发、间隔触发

漏失触发、高速串行数据触发

逻辑触发、建立和保持时间触发、窗口触发Rigol示波器支持的触发类型波形捕获率波形捕获率表示单位时间内示波器完成波形采集的次数波形捕获率高，仪器发现偶发异常的时间缩短提高波行捕获率的方式是减少死区时间示波器的信号处理流程死区时间中占比重最大的是数据显示处理步骤存储器的读写时间也制约着波形捕获率Ultravision技术平台ADCDisplayMemory业内的同类技术Tektronix：DPX技术26万次/秒，DPX处理器，直接晖度显示，不能测量Agilent：Megazoom100万次/秒，仅应用于嵌入式平台产品，实际使用1000点R&S:专用ASIC实现，RTC100万次/秒，windows平台，1000点，点显示LecroyTriggerscan如何完整捕获波形使用长存储，一次性捕获全部波形波形记录仪的方式，对示波器很难实现（采样率高太高）高波形捕获率发现异常，特定触发方式捕获发现，捕获，分析（泰克的说法）使用波形记录功能，事后分析在死区时间内有漏失设定特定的触发条件，可满足捕获全部符合条件的波形波形记录与回放典型应用：脉冲信号采集分析什么是FFTFFT：通过快速傅立叶变换对采集信号进行处理，显示被测波形的频率成分。如何看频谱图频谱图用垂直线条代表波形的频率成分频谱线的水平位置则代表该成分的频率。而频谱线条的长度代表该成分的相对振幅如何提高FFT的频率分辨率频率分析范围分析最高频率=采样率/2分析最低频率=0Hz（DC）频率分辨率=频率分析范围/采集样点数

=采样率/2*样点数提高频率分辨率>>降低采样率>>扩大时基混合信号与总线分析

嵌入式系统发展趋势系统时钟越来越快集成度日益提高各种串并行总线的大量应用电磁兼容性要求日益提高嵌入式电路调试挑战偶发异常故障捕获采集完整的指令执行过程各种串并行总线分析系统级混合信号调试什么是混合信号模拟信号与数字信号并行与串行总线信号典型应用ADC/DAC电路嵌入式系统，如包含DSP，FPGA，内存和输入输出接口的电路I2C介绍I2C的英文是InterIntegratedCircuit(a.k.a.I2C或者IIC)由飞利浦半导体在80年代后期创立，作为连接处理器和外设串行同步，多主控，分层的通信网络数据率100kbps(标准模式),400kbps(快速模式)和3.4Mbps(高速模式)可以连接到总线的设备，大约为20-30,由总线的最大电容负载400pF决定网络使用2线制总线拓扑结构，（数据和时钟）

用于芯片和芯片之间的通信，比如I/O,A/Ds,D/As,FPGAs,传感器，微处理器芯片等7或者10-bit寻址模式可以允许共用总线

I2C介绍每一设备都有一个唯一的地址设备可以是被动的接受设备，比如显示器，这时该设备为从设备也可以是收发设备，比如存储器，当传送数据到处理器时为主设备I2C的拓扑结构Master：主控提供同步时钟Slave：接受时钟信号Transmitter“写”发送数据，Receiver接受数据I2C的包I2C起始和停止逻辑I2C的包起始信息-SCL为高时，SDA发生从高到低的翻转I2C的停止状态–SCL为高时，SDA发生从低到高的翻转包起始和停止永远由Master产生I2CAcknowledge确认位ACK（Acknowledge）第9个比特，是Master发出的要求，这时Transmitter释放总线，如果receiver收到数据，在SCL为高时，将SDA保持为低如果Slave忙，NoACK（第9个比特时，SDA为高）I2C7-bit总线祯结构TheI2CStandardspecifiesa7or10-bitaddressingofmessageformatcalledapacketI2Cusestwo-wirebustopologyStart/SRepAddrR/WAckData0AckData1Ack.....DataNAckStop1bit7-bits1-bit1-bit8-bits1-bit8-bits1-bit0–8bytes8-bits1-bit1bitSCLKSDADACMCAROMMCBRAM...SPI总线

SPI代表SystemPeripheralInterfaceMotorola在1980s年代为68000系列微处理器设计串行同步总线，全双工，多主控，分层的通信网络数据率达到10Mbps网络可以使用2，3，4线的总线拓扑典型结构为单主控，多从属的结构允许多总线用于芯片间的通讯，比如移动电话，PDA，FPGAs,和其它设备中外围设备与微处理器的通信

SPIBus拓扑例子CascadedTopologySingle-MasterMulti-SlaveTopologySingle-MasterhardwiredtoSingle-SlaveTopologySPI消息类型SS–orCS从设备选通，允许从设备接受数据MOSI–从master到slave的数据MISO–从slave到master的数据SCLK–串行时钟SCLKMOSI(8bits)MISO(8bits)SSMSBLSBMSBLSBCAN总线介绍CAN代表ControllerAreaNetwork1981年由RobertBoschGmbH,发明串行非同步标准，多master,分层通信网络数据率

10kbpsto1Mbps用于汽车中系统之间的通信，工业控制，医疗设备等等…CAN逻辑Logic0–称为显性Logic1–称为隐性

CAN-HCAN-L使用同一归一电平，

即隐性的时候电平相同3.5V2.5V1.5VrecessivedominantrecessiveCAN-HCAN-L101RT120ΩECU2ECUn...CAN-HCAN-LStubs<1meterECU1RT120ΩCAN祯结构数据祯(DF)Carriesdatafromtransmittertoreceiver远端祯(RF)TransmittedtorequestdataframeoftheID错误祯(EF)Transmittedbyanynodetosignalerror过载祯(OF)TransmittedwhennodesarebusyProvidesextradelaybetweendataorremoteframes祯间隔(I)SeparateprecedingandsucceedingframesDF1IDF2IRF3IDF3IDF4IEFDF4IDF5IOFIDF6CAN2.0A的标准祯数据祯ArbitrationFieldControlFieldDataFieldCRCFieldACKFieldEOFIFS11-bitIdentifierSOFRTRR1R0DLC0-8bytes15-bitCRCDELACKDEL73SOF–StartofFrameRTR–RemoteTransmissionRequestIDE–IdentifierExtensionR0–ReservedbitDLC–DataLengthCountCRC–CyclicRedundancyCountACK–AcknowledgementbitCAN2.0B扩展祯SOF(StartofFrame)–BeginstheframeSRR(SubstituteRemoteRequest)–Distinguishesbetweenadataframeandadatarequest/remoteframeIDE(IDentifierExtension)RTR(RemoteTransmissionRequest)–DominantR0,R1(Reservedbits0and1)–BothbitsaredominantforextendedformatDLC(DataLengthCount)–AfourbitindicatorofthenumberofbytesinthedatafieldData–0to8bytesofdataCRC(CyclicRedundancyCount)–CyclicRedundancyCheck:a15bitcode,andarecessivedelimiterbit

ACK(ACKnowledgement)–Checksconsistencyofthemessage,flagsinconsistentmessagesEOF(EndOfFrame)–Indicatedby7recessivebitsIFS(InterFrameSpace)–SeparateprecedingandsucceedingframesDataFrameArbitrationFieldControlFieldDataFieldCRCFieldACKFieldEOFIFS11-bitIdentifierRTRR1R0DLC0-8bytes15-bitCRCDELACKDEL73SOFSRRIDE18-bitIdentifierCAN基础总结串行，异步总线，多Master总线10kbpsto1MbpsCANBit寄存器编程复杂的错误侦测和错误处理机制灵活的信令支持，经济的方案单线，双线，容错CAN使用NRZ编码Bit填充每5个连续的bits保持信号平衡5个连续的显性bit后填充隐性比特

反之亦然FlexRay总线背景知识FlexRay是一种相对较新的汽车总线，目前，由领先汽车公司和供应商组成的集团(称为FlexRay联盟)对这一总线的开发工作仍在进行中。随着汽车智能化程度不断提高及电子器件进入越来越多的汽车应用，制造商发现现有的汽车串行标准(如CAN和LIN)没有满足X-by-wire应用要求的速度、可靠性或冗余性，如线路制动或线路转向应用。今天，这些功能主要采用机械系统和水压系统。将来，它们将被代之以由传感器和高度可靠的电子组成的网络，这不仅可以降低汽车的成本，还可以明显提高乘客的安全性，因为它提供了许多基于智能电子的功能，如提前制动、避免碰撞、自适应巡航控制、等等工作方式FlexRay是在屏蔽双绞线(STP)或非屏蔽双绞线(UTP)上运行的一种速率高达10Mb/s的差分总线，其速度明显高于LIN的20kb/s或CAN的1Mb/s速率。FlexRay采用双通道结构，有两大优势。第一，可以配置两条通道，在关键安全应用中提供冗余通信，如x-by-wire应用，保证消息通过。第二，可以配置两条通道，在每条通道上以10Mb/s速率发送唯一的信息，在安全重要程度较低的应用中实现20Mb/s的整体总线传送速率。FlexRay采用时间触发协议，通过同时包含静态帧和动态帧的通信周期，实现了以前的同步协议和异步协议的优势。静态帧是为总线上每台设备分配的时隙或预定长度，以在每个周期期间通信。总线上的每台设备也有机会通过动态帧在每个周期中通信，动态帧的长度(和时间)可能会变化。FlexRay帧由三个主要段组成：包头段、净荷段和包尾段。每个段都有自己的构成FlexRay总线reservedbit:预留位payloadpreambleindicator:净荷前置码指示符nullframeindicator:空帧指示符syncframeindicator:同步帧指示符startupframeindicator:启动帧指示符FrameID:帧号Payloadlength:净荷长度HeaderCRC:包头CRCCyclecount:循环数量Data0:数据0Data1:数据1Data2:数据2Datan:数据n11bits:11位7bits:7位11bits:11位6bits:6位0…254bytes:0…254个字节24bits:24位Headersegment:包头段Payloadsegment:净荷段Trailersegment:包尾段FlexRayFrame5+(0…254)+3bytes:FlexRay帧5+(0…254)+3个字节串行触发和解码FlexRay包头段的构成：指示符位–前5个位称为指示符位，表明传送的帧的类型。选项包括正常帧、净荷帧、空帧、同步帧和启动帧。帧号–帧号定义了应该在哪个时隙中传送帧。帧号在1–2047之间，在通信周期中每条通道内任何单独帧号使用的次数不多于一次。净荷长度–净荷长度字段用来指明净荷字段中有多少个数据字。包头CRC–使用同步帧指示符、启动帧指示符、帧号和净荷长度计算得出的循环冗余校验(CRC)代码。循环数量–当前通信周期的值，范围为0-63净荷段的构成：数据–数据字段包含最多254字节的数据。对在静态段中传送的帧，净荷段的前0–12个字节可以选择作为网络管理矢量使用。帧包头中的净荷前置码指示符指明净荷段是否包含网络管理矢量。对在动态段中传送的帧，净荷段的前两个字节可以选择作为消息ID字段使用，允许接收节点根据这个字段的内容过滤或掌控数据。帧包头中的净荷前置码指示符指明净荷段是否包含消息ID包尾段构成：CRC–使用帧的包头段和净荷估计算得出的循环冗余校验(CRC)代码。动态帧有一个额外的成分，位于包尾CRC后面，称为动态尾部序列(DTS)，防止总线接收机过早地检测通道空闲状态RS-232总线解码概述串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。

RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。 这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。RS-232的扩展与应用

RS-422,RS485,RS-232C都是串行数据接口标准。RS-232-C标准（最新的RS-232标准）规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。 传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

RS422总线,RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是二者与RS232的根本区别。RS232帧构成异步数据传输可编程位速率1个起始比特每字符7或8数据比特任意奇偶比特1或2个截至比特与其它串行总线不同（采用负逻辑）高电平为逻辑”0”,低电平为逻辑”1”StartData0Data1Data2Data3Data4Data5Data6opt.Data7opt.ParityStopopt.Stop1-bit1-bit1-bit1-bit1-bit1-bit1-bits1-bit1-bit1-bit1-bit1-bitDataFrameTerminationCharacterCharacter0Character1Character2Character3调试实例:利用MSO4000调试数字温控器问题:LED显示间歇性不正常状态LED模糊不明的错误报告让系统工程师无法确认问题是和硬件或软件有关怀疑错误可能来自MUX输入以外,因此决定检测通往MUX的模拟输入以及多条数据总线,以进行整个系统的监控调试一个嵌入式系统的错误

探测模拟信号,SPI,I2C和并行总线信号SPISerial

D8,9&10I2CSerial

D0&1ParallelD11,12&13Analog

CH1Error示波器功能多样化趋势示波器是嵌入式设计工程师的首选测试工具示波器可以完成模拟信号、数字信号、各种总线数据的时域分析部分产品还可提供信号源、电压表和频谱分析功能Rigol示波器提供的测试功能：高达5Gs/s采样率高达140M存储长度4通道模拟+16通道数字信号常见串行总线的分析和解码I2C，SPI，RS232/UART，CAN，Flexray…RIGOL高性能混合信号数字示波器MSO4000介绍–外观逻辑分析专用旋钮及按键逻辑探头接口MSO4000介绍–逻辑部分关键指标关键指标说明输入通道16阈值电压范围±20V阈值精度±100mV+设置值的3%最小信号摆幅500mV最大信号摆幅以阈值电压为中心±20V最大无损输入电压±40V输入电阻101KΩ输入电容≈8pF最小可检测输入脉冲5nsMSO4000介绍–逻辑部分卖点逻辑通道采样率高达1GSa/s每通道存储深度为28Mpts，独立于示波器硬件实现波形录制、回放、分析功能丰富的触发功能，支持逻辑通道触发多种解码功能，支持模拟通道和逻辑通道混合解码方便的逻辑通道分组和组操作功能MSO4000介绍–探头16个数字通道，模拟带宽超过200MHz电气性能优秀，电容负荷仅约8pF，输入阻抗101kΩ主线缆使用全同轴线，信号质量好，抗干扰性强采用主线缆+适配器结构，可升级扩展提供前端引线和信号夹，使用灵活方便标配高档探头包，方便携带MSO4000介绍–人性化设计

采用不同颜色区别显示高电平、低电平及边沿MSO4000介绍–人性化设计

采用不同颜色区别显示高电平、低电平及边沿突出高亮显示当前选择通道MSO4000介绍–人性化设计采用不同颜色区别显示高电平、低电平及边沿突出高亮显示当前选择通道

通道指示器显示当前通道状态信息第三组第二组第一组MSO4000介绍–人性化设计可以对组内所有的通道同时调整垂直偏移MSO4000介绍–强大的触发和解码支持10种触发类型支持模拟/数字通道混合解码提供两条独立的解码总线Rigol示波器混合信号分析能力系列MSO通道总线数量I2C/SPIRS232/UARTCANFlexrayDS6K1√*√*√*√*DS4K2√*√*√*√*MSO4K162√*√*√*√*DS2KA2√*√*√MSO2KA162√*√*√DS1KZ1√√√MSO1KZ16**1√√√DS1KD16*：触发功能标配**：复用模拟通道示波器探头基础

探头的基本类型AC/DCZ0高阻差分高压无源有源电压差分有源逻辑无源有源电流无源AC光电测试需求一些探头的指标更接近理想探头，我们根据测量效果分成：好、更好、最好理想探头不影响原始信号–对信号没有负载效应!“0”输入电容无限大输入电阻绝对的信号保真度无限高带宽无限小的上升时间对信号无衰减在所有频率范围具有线性相位方便而又简单的连接机械形状很好地适合应用CABLERin=Cin=0连接方便对原始信号没有影响绝对的信号保真度探头的几个重要概念衰减一个信号的振幅被减小（或放大）处理过程线性相位保持非正弦波形中谐波的相对相位关系（相频特性）负载效应连接探头后由于从源分流电流带来的影响阻抗阻碍或限制AC信号流动的过程由一个有阻抗力的部件（R）和能起反作用的部件（X）组成容性阻抗（Xc）感性阻抗（XL）阻抗（Z）Z＝R＋jX动态范围所有探头都有不应超过的高电压安全限制无源探头通常在几百伏到几千伏有源探头经常是几十伏探头会影响测量结果负载效应测试系统的阻抗至关重要输入电阻输入电容电感信号保真度测量系统的参数也很重要带宽Bandwidth上升时间RiseTimeCABLE连接简便对原始信号的影响最小化良好的信号保真度对信号的负载效应探头连接到被测电路后，探头将分流一部分电流探头和示波器的阻抗值将影响被测信号测试系统的阻抗值(Z)包含:阻型成分(R)非阻性成分(C，L)将随频率而变化好的探头设计使用R,L,C值在一定的频率范围内影响信号保真度、衰减和负载效应DeviceUnderTest(DUT)ZZZMeasurementSystem

(ProbeandScope)

测试点探头输入阻抗100M10M1M100k10k1k10010110XPassive11pF/10M1XPassive100pF/1MActive0.4pF/100kZ00.15pF/5001001k10k100k1M10M100M1G10Gfrequency负载效应–输入电阻Rin的作用类似于分压器越高的输入电阻–越低的负载效应越低的源电阻

–越低的负载效应原始信号100%90%10%0%EsourceRInCInLGroundLeadProbeTipRsource

测得的信号电压幅度

Vmeas=Vsource

RinRin+Rsource输入电阻的影响100%90%10%0%ProbeDUT负载效应–输入电容越小的输入电容–更高的探头阻抗，更小的负载效应随着信号频率的增加，电容效应增加同时负载效应增加输入电容的影响原始信号100%90%10%0%100%90%10%0%EsourceRInCInLGroundLeadProbeTipRsourceProbeDUT信号幅度减小相位变化更长的上升时间

tr2.2(RsourcexCin)~~Example:Cin=100pFtr~220nsecCin=10pFtr~22nsec

IfRsource=1k负载效应-电感地线增长会带来更大的电感为避免产生振铃地线要尽可能短谐振(振铃)原始信号100%90%10%0%100%90%10%0%电感影响EsourceRInCInLGroundLeadProbeTipRsource感性负载效应对测量的影响将短电线接入测试点，能引起信号的保真度。在这种情况下，上升时间从4.74ns（a）被改变到5.67ns（b）延伸探头接地线能引起阻尼振荡在脉冲上出现负载效应-等效负载1XPassive30EquivalentGates10XPassive3.5EquivalentGatesZ0Passive.25EquivalentGatesActive.5EquivalentGates

CMOSDrive25pFLoad3.0pFpergate对于带载能力较差（扇出系数低）的数字电路，连接探头后可能会出现电路不能正常工作的问题，这时需要使用负载效应更低的有源探头。信号保真度–带宽限制测量准确度随频率发生变化示波器和探头的带宽是按照-3dB点定义的探头带宽应当与示波器带宽相符一个100MHz探头用在500MHz示波器将降低测量带宽!30%在-3dB,被测信号将会有30%的幅度下降！Frequency10%20%3%AmplitudeMeasuredSignalActualSignal信号保真度–带宽限制不充足的带宽影响信号为什么前沿会受影响？边沿包含很多高频分量如果测试系统的带宽不足，将无法捕获信号中的高频部分30%Frequency10%20%3%Amplitude发送到示波器的信号不足的带宽减慢降低了上升沿信号保真度–上升时间不足的上升时间同应会影响被测信号为准确表征信号，请遵循1/5thRule原则

Tr,system<1/5Tr,signal

测量得到的上升时间取决于信号本身和测试系统的上升时间

Tr,Measured=(Tr,signal)2+(Tr,system)2ActualMeasured探头补偿大多数探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路。然而不同的示波器之间由细微的变化，甚至在同一示波器的不同输入通道之间也有。一个未补偿的探头能导致各种各样的测量错误，特别是测量脉冲上升或下降时间。探头补偿的调节，或者在探头尖端或者在接入示波器输入补偿盒一个探头补偿效果的例子：对方波的影响10:1高阻无源探头C18pFto12pFR19MWR2500WC27-50pFC3

20pFSCOPE1MWR3CABLEGROUND优点高输入电阻宽动态范围价格便宜坚固耐用输入电容C小于1XProbe缺点高输入电容C与50欧姆系统不兼容必须经过补偿1:1无源探头(导线)优点:1X(无衰减)价格便宜缺点:端接输入阻抗很低探头端探头电缆8-10pF/ft*1.5ns/ftSCOPE20pF1MW非端接非常高的反射非常高的输入电容低的带宽6feet地线*典型的导线探头：高校实验室的鳄鱼夹低电容探头（Z0探头）由于电缆被它的特性阻抗终端,输入端可看成50W,noLorC.不需要补偿0.5pF电容是一个加速电容用于补偿电缆的集肤效应(skin-effect).450W0.5pFSCOPE50WGROUNDCABLERigol无源电压探头型号类型衰减比带宽输入阻抗最大电压RP2200无源高阻10：11：1150M7M10MΩ║17pF10MΩ║100pF300V150VRP3300A无源高阻10:1300M10MΩ║13pF300VRP3500A无源高阻10:1500M10MΩ║13pF300VRP5600A无源高阻10:1600M10MΩ║12pF300VRP6150A无源低阻(Z0)10：11.5G500Ω║1.6pF10VRP1300H无源高压100：1300M100MΩ║5.5pF2000VRP1010H无源高压1000:140M100MΩ║3pF20kVpp,7000VrmsRP1018H无源高压10000:1150M200MΩ║1.5pF18KVpk,12KVrms有源单端探头高输入阻抗缓冲放大器置于探头前端用于驱动传输线应用于高阻抗、高频电路单元，需要最小的负载1GHz以上高频信号对负载效应敏感电路C1R1探头仪器R3C2R2BUFFER

AMPGROUNDCABLE有源单端探头优点低输入电容高带宽高输入电阻R适合50W

或1MW无须补偿缺点造价较高动态范围比较小较易损坏需要供电RP71501.5GHz单端/差分探头10:1衰减，30Vpeak示波器单端探头是以地为参考的测量单端探头在以下情况无法准确测量：参考点不是地浮地测量平衡信号由于引入了交流地回路,以地作为测量参考会有问题小信号高频差分信号pppxTDS784A差分探头什么是浮地测量？?+350Volts-350VoltsABOutputpppxTDS784A错误方法:将示波器与地分开零线火线大地示波器电源接地阻抗AB电阻阻抗Va－b探头地线阻抗探头阻抗地环路阻抗地环路电流V

地环路电压电源系统地线阻抗和示波器电源变压器绕组间电容相串联构成的复杂阻抗参考点

“0”V非地cd浮地电压(共摸电压)V

c－d悬浮示波器不要断开示波器的电源地线!操作人员可能触电，非常的危险可能损坏示波器可能损坏被测系统结果是波形扭曲,测量有误差，得到一个错误的测量正确方法：使用差分探头+-toScopeGECV+V-一些术语VOut=Av*VdmVoutVdmVcm-_Av++350Volts-350VoltsAB(VB)(VA-B)差模电压(Vdm):differencebetweenV+andV-;signalofinterest共模电压(Vcm):voltagecommontobothinputs;signaltoreject输入范围共模范围:

指输入端和大地之间的最大电压差模范围:指+端和-端的最大电压DifferentialModeRange-_Av+CommonModeRange共模抑制比

(CMRR)指差分增益与共模增益之比+AvDifferential-modegain=AvCommon-modegain=Vcmo/VcmiCMRR=Av/(Vcmo/Vcmi)-VcmoVcmiCMRR规格值逾大表示性能逾好.在实际应用中,CMRR非常有用.CMRRspecificationsaredeterminedunderidealconditionforcomparisonpurposes.CMRR会随着差模信号频率的增加而降低. FeedthroughFreqFastercommon-edgeswillfeedthroughmore+A-Rigol高压差分探头型号衰减比带宽最高电压阻抗RP1025DX20,X50,X20025M≤140Vpp,45Vrms≤350Vpp,110Vrms≤1400Vpp,450Vrms4MΩ/1.2pFRP1050DX100,X200,X500,X100050M≤700Vpp,230Vrms≤1400Vpp,460Vrms≤3500Vpp,1140Vrms≤7000Vpp,2300Vrms100MΩ/1.2pFRP1100DX100,X200,X500,X1000100M≤700Vpp,230Vrms≤1400Vpp,460Vrms≤3500Vpp,1140Vrms≤7000Vpp,2300Vrms100MΩ/1.2pF电流探头-电流测量方法DC/AC分流DMM电流表分流串接电阻观察电流,非感应式嵌入传感器电流互感器AC电流变换器DC传感器分流法需要断开电路好处精度高不足需将电路断开加入电阻MayeffectcircuitoperationMaylowerpeakcurrents需要差分测量RShunt

Vo=I*RShuntI1turnnturnsiinioutvoutRTerm电流变换器（互感法）基本模式:vout=(iin/n)RTerm铁芯饱和限制了线性电流的范围无DC输出DC成份影响动态性能AC电流探头一边可滑动的设计用于夹住被测线缆探头输出通常是BNC,且对于指定的输入阻抗有指定的系数(mV/mA)无源设计-不需外部电源iinDC电流传感器霍尔器件嵌入铁芯用于将测量中的直流电流成份调理成直流电压输出有源设计,需外部放大器配合两种技术的组合可进行AC/DC测量Bbias+-VoutDC/AC探头系统除了处理AC和DC传感器外,系统的有源电子部分还提供:DC反向电流去抵销使铁芯饱和的直流成份一个探头具有宽范围的转换增益,能具有从mA-A的测量能力具有带宽限制,AC耦合,输出偏置.iinibuckingembeddedHallsensor电流与频率的关系Examples1020100Hz1kHz10kHz100kHz1MHz10MHzFrequencyMaxpeakcurrent(Amps)15510Hz0AC电流探头DC/AC电流探头安培秒积（Amp-Second乘积）测量脉冲电流时的重要限制即脉冲幅度和时间的关系,单位是A-sec会引起磁饱和和非线性输出在特殊情况下受限制,即如果脉冲幅度超过最大允许DC电流时以某型电流探头为例：连续电流15A最大峰值电流50A安培秒积500A*uSRigol电流探头型号档位带宽最大电流幅度精度RP1001C0.01V/A0.1V/ADC-300KDC:100AAC:200Ap-p70ARMS4%3%RP1002C0.05V/A0.5V/ADC-1MDC:70AAC:140Ap-p,50ARMS4%3%RP1003C0.1V/ADC-50M50Apeak,30Arms1%,2%(>30A)RP1005C0.01V/ADC-10M500Apeak,150Arms1%,2%(>150A)逻辑探头16个数字通道，模拟带宽超过200MHz电容负荷仅约8pF，输入阻抗101kΩ全同轴线缆，信号质量好，抗干扰性强主线缆+适配器结构，可升级扩展标配前端引线和测试信号夹，使用灵活方便电源测试基础

什么是开关电源通过控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源基本原理EMI