《数字示波器汇总》PPT课件.ppt

1、数字示波器,Page2,讲座内容,Page3,什么是示波器,概念 幅度随时间变化的波形显示仪器 相当于一个时域上的万用表,Page4,示波器发展史,示波器类型 模拟示波器 数字示波器 取样示波器 高灵敏度示波器 虚拟示波器,Page5,示波器发展史,初期主要是模拟示波器（CRT） 始创于二十世纪四十年代 最早应用于雷达和电视的开发 泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础,Page6,示波器发展史,中期数字示波器独领风骚 （DSO） 始创于二十世纪九十年代， 数字示波器提高带宽到1GHz以上，全面性能超越模拟示波器。,Page7,模拟和数字示波器的比较,Page8,示波器发

2、展史,数字示波器模拟效果（荧光效果DPO） 实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息：幅度、时间和整个时间的幅度分布。 如TEK所说的数字荧光（DPO）、安捷伦的MageZoom技术。,Page9,示波器发展史,高灵敏度示波器 带宽很低，1MHz左右 灵敏度很高，可到几十微伏每格 用以测量和显示一般示波器不能观察到的各种微弱的电信号,Page10,示波器发展史,虚拟示波器 利用计算机资源做数据处理和显示 体积小巧 可通过互联网进行远程控制,Page11,讲座内容,示波器发展,1,RIGOL示波器,3,Page12,波的组成,正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可视成是基波和无数不同频率的谐

3、波分量组成。 例如：方波是由基波以及3，5，7，9次谐波分量递加而成。 1次（基波） 3次 5次 7次 方波(2500次),Page13,波的基本参数,Page14,波的基本参数,Page15,模拟示波器,Page16,DSO串行处理,Page17,带宽,带宽 称为模拟带宽，指示波器系统的带宽。 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。,Page18,带宽,示波器带宽的经验公式:BW 0.35 / t（保证信号的上升时间足够快）,Page19,带宽,带宽不够通常会产生什么明显后果？ 高频信号幅度下降 信号高频成分消失（也有好

4、处，抑制噪声）,Page20,采样率,指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,Page21,采样率,实时采样率：实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔时间的倒数。 示波器所需实时采样率被测信号最高频率分量5,Page22,采样率,等效采样率 等效采样即重复采样， 指的是示波器把多次采集(触发)到的波形拼凑成一个波形 两次采集触发点有一定的偏移，最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。,Page23,采样率,平均采样 ：指将多次普通采样的波形进行算术平均，多用于信号本身噪声比较大时。,Page24,采样率,峰值检测：

5、指通过采集采样间隔信号的最大值和最小值，获取信号的包络或可能丢失的窄脉冲。,要求观察整个周期，当使用普通采样方式时，采样率为10K，如前面描述存在波形漏失现象，无法捕获完整信号。使用峰值检测，采样率为1G，获取间隔最大最小值，就可以获取完整的周期信号。,Page25,采样率,示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接影响（采样率高的好处）。 采样率低会对波形产生哪些影响： 波形失真 波形混淆 波形漏失,Page26,采样率,波形失真是由于某些原因导致示波器采样显示的波形与实际信号存在较大的差异。,Page27,采样率,波形混淆是指由于采样率低于实际信号频率的2倍（奈奎斯特频率）时，对采样数据进行

6、重新构建时出现的波形的频率小于实际信号频率的一种现象。,Page28,采样率,波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实际信号的一种现象。,Page29,实例：利用示波器进行点火系统波形分析,现代汽车直接点火系统的检查中，常规的断缸测试已经无法精确判断系统是否正常，而示波器由于其具有实时性、不间断性、直观性，越来越得到广泛的应用。,Page30,实例：利用示波器进行点火系统波形分析,汽车点火波形,Page31,存储深度,存储深度：指在波形存储器中存储波形样本的数量。 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。,Page32,波形刷新率,刷

7、新率是指1秒内示波器捕获波形的次数 刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生的概率。,Page33,波形刷新率,高波刷新获率的好处： 对于示波器来说，波形刷新率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。,Page34,触发系统,触发系统 对于数字示波器，工作时都是在不断地采集波形不论仪器是否稳定触发 触发：只有稳定的触发才能有稳定的显示 自动触发：不论是否满足触发条件都有波形显示 普通触发：不满足触发条件就不显示波形 单次触发：满足触发条件后显示波形，每次触发仅刷新一次，直到下一次触发开始,Page35,触发系统,Sta

8、te1：无信号输入（可见水平线）； State2：一通道输入方波，仪器未触发，观察到晃动的波形； State3：“按下快门” （选择上升沿触发，将触发电平调整到波形内） ，将仪器触发； State4：信号稳定显示，获取稳定的图像，并可以保存。,正确理解触发的概念,Page36,触发系统,边沿触发 触发原理：在输入信号边沿的触发阈值上触发,Page37,触发系统,边沿触发 适合信号：正弦波、方波等 上升沿、下降沿同时触发 眼图的具体应用：测量高速数字信号的信号完整性,眼图,Page38,触发系统,脉宽触发 触发原理：根据脉冲的宽度来确定触发时刻,Page39,触发系统,脉宽触发 适合信号：方波、

9、脉冲信号等,边沿触发,脉宽触发,Page40,触发系统,斜率触发 触发原理：依据信号的上升/下降时间来判断,Page41,触发系统,斜率触发 适合信号：三角波、锯齿波等,边沿触发,斜率触发,Page42,触发系统,视频触发 触发原理：对标准视频信号进行任意行或场触发。 适合信号：视频信号,场触发,行触发,Page43,触发系统,交替触发 触发原理：稳定触发不同步信号 适合信号：双通道模拟信号,正常触发,交替触发,Page44,触发系统,码型触发 适合信号：数字信号,Page45,触发系统,持续时间触发 触发原理：在满足码型条件后的指定时间内触发 适合信号：数字信号,Page46,触发系统,触发

10、释抑：触发释抑指在前一次触发之后的一段时间之内，示波器停止触发响应。 实际应用举例：复杂的脉冲串、调幅信号,Page47,触发系统,可调触发灵敏度：触发灵敏度指示波器对触发信号识别的敏感度。在波形噪声较大时，需要适当调节触发灵敏度（0.1 1div）。,Page48,触发系统,触发设置 可调触发灵敏度：有效滤除有可能叠加在触发信号上的噪声，防止误触发 实际应用举例：,灵敏为0.30div,灵敏为1.00div,Page49,触发系统,耦合 耦合可以分为通道耦合和触发耦合。 通道耦合包括直流、交流。 触发耦合包括直流、交流、高频抑制、低频抑制。,Page50,触发系统,耦合 交流耦合是只通过信号

11、交流成分，阻止直流成分相当于高通滤波。当信号包括直流和交流成分时，而实际只关心交流成分时，就选择交流耦合。 直流耦合则是通过信号的全部成分。当观察直流信号或者低频信号时，必须选择直流耦合。,Page51,触发系统,耦合 高频抑制和低频抑制应用于触发中，主要目的是为了使触发能够稳定。 高频抑制是抑制150KHz以上的频率信号，当信号中包含高频噪声使触发不稳定时，可以使用高频抑制（与触发灵敏度原理并不相同）。 低频抑制是抑制8KHz以下信号。,Page52,触发系统,触发设置 AC Line：可用来显示信号与市电之间的关系 实际应用举例：稳定触发变电站变压器输出的波形 主要应用于电力行业相关测量

12、EXT：在输入通道采集信号的同时在其他通道上触发 实际应用举例：DG同步输出触发其发出的信号,Page53,讲座内容,Page54,DS1000产品概述,带宽：25MHz、40MHz、60MHz、100MHz 实时采样率：400MSa/s 等效采样率：25GSa/s 存储深度：1M 波形刷新率：200次/s 丰富的触发功能：边沿、脉宽、视频、斜率、交替、码型、持续时间 可选装16通道逻辑分析仪功能 接口：USB Host、USB Device、RS-232、P/F 5.7 64k色TFT彩色液晶显示,Page55,DS1000产品概述,可调触发灵敏度 20种自动测量功能 光标测量：手动模式、追

13、踪模式和自动模式 存储方式：波形存储、设置存储、位图存储、CSV存储 数学运算：加、减、乘、FFT、反相 数字滤波 波形录制 硬件频率计 Ultrascope软件,Page56,DS1000A产品概述,带宽：60MHz、100MHz、200MHz、300MHz 实时采样率：2GSa/s 等效采样率：50GSa/s 存储深度：10k 波形刷新率：2000次/s 丰富的触发功能：边沿、脉宽、视频、斜率、交替 接口：USB Host、USB Device、RS-232、P/F 5.7 64k色TFT彩色液晶显示 可调触发灵敏度 20种自动测量功能,Page57,DS1000A产品概述,光标测量：手动

14、模式、追踪模式和自动模式 存储方式：波形存储、设置存储、位图存储、CSV存储 数学运算：加、减、乘、FFT、反相 数字滤波 波形录制 硬件频率计 Ultrascope软件,Page58,DS5000产品概述,带宽：25MHz、40MHz、60MHz、100MHz、150MHz、200MHz、 实时采样率：500MSa/s、1GSa/s 等效采样率：50GSa/s 存储深度：4k 波形刷新率：1000次/s 触发功能：边沿、脉宽、视频 接口：USB Device 选配模块：GPIB、RS232、P/F 20种自动测量功能,Page59,DS5000产品概述,光标测量：手动模式、追踪模式和自动模式

15、 存储方式：10组波形存储、10组设置存储 数学运算：加、减、乘、除、FFT、反相 数字滤波 波形录制 硬件频率计 Ultrascope软件,Page60,逻辑分析仪,参数：200MSa/s实时采样率、512k存储深度、带宽100MHz 门限类型：TTL、CMOS、ECL、用户自定义 实际应用举例：测试单片机电路,Page61,FFT,FFT 两种幅度读取方式：Vrms、dBVrms 实际应用举例：,Page62,波形录制RIGOL是首创,波形录制RIGOL是首创 实际应用举例：,波形录制,存储设置,Page63,ROLL和慢扫描模式,ROLL和慢扫描模式 ROLL：波形自右向左滚动刷新显示，

16、时基控制设定必须在500ms/div，或更慢。 慢扫描模式：当水平时基控制设定在50 ms/div或更慢，仪器进入慢扫描采样方式。,ROLL模式,慢扫描模式,Page64,XY（李莎育图）,XY（李莎育图） 示波器其他测两通道相位的方法：测量两通道延迟时间,Page65,XY（李莎育图）,XY（李莎育图） 实际应用举例：,Page66,Pass/Fail,Pass/Fail 实际应用举例： 生产线检测 P/F 配合 波形录制,Page67,功能,UltraScope软件 实际应用举例：,UltraScope,Page68,实例：示波器自动测试系统,需求：以往传统的检定方法全是靠手工操作，由于检

17、测的范围广、功能多，因此劳动强度大，工作效率低,而且检定的数据也不易管理。为此，用示波器可以和其他设备组成一套测量测试系统进行自动化测试。,Page69,实例：示波器自动测试系统,Page70,总结,成为工具应用的专家 熟悉示波器原理，具有熟练的产品操作技能 了解客户的波形，提高与客户技术沟通（共同语言）和技巧能力 成为客户的技术顾问和工具应用教练 加强对客户的服务，建立起客户信任,Page71,主要内容,1. 电子测量课程内容概述,2. 示波器的发展过程,3. 模拟示波器的工作原理,5. 一个由数字示波器构成的自动测试系统,4. 数字存储示波器的工作原理与使用方法,电子测量课程内容概述,测量

18、总论及误差理论 基本电参量测量 时间与频率测量：频率计。 电压测量：直流、交流电压表。 阻抗测量：阻抗分析仪。 时域测量：示波器 频域测量 信号分析和频域测量：频谱分析仪。 频率特性测量：扫频仪。 线性系统网络分析：网络分析仪。 数据域测量（逻辑分析仪、误码仪） 测试系统集成技术,机械工业出版社 古天祥等编著,模拟示波器的主要技术指标,频带宽度BW和上升时间 频带宽度：输入信号上、下限频率之差。 上升时间：与频带宽度有关，它表示由于输入信号频带宽度的限制，当输入一个理想阶跃信号时，显示波形的上升沿的幅度从10%上升到90%所需的时间。 频带宽度与上升时间的关系可近似表示为：,例如，对于带宽为1

19、00MHz的示波器，上升时间约为3.5ns。,五倍准则： 示波器带宽应为待测信号最高频率的五倍。,模拟示波器的主要技术指标,图中所示三个信号分别是400MHz，100MHz和10MHz带宽下获得的信号。,模拟示波器的主要技术指标,一些典型信号的上升时间与信号带宽,模拟示波器的主要技术指标,时基因数 时基因数：表示单位距离代表的时间，单位为us/cm或ms/div。 当选择较小的时基因数时，可将高频信号在水平方向上展开。 偏转因数 偏转因数：在输入信号作用下，光点在荧光屏上垂直方向移动1格所需的电压值，单位为“V/div”或“mV/div”。 偏转因数越小，表示示波器观测微弱信号的能力越强。,模

20、拟示波器的主要技术指标,CH1信号的峰峰值约为：2div*50mV/div=100mV。 周期约为：3.6div*0.4ms/div=1.44ms CH2信号的峰峰值约为：2.5div*2V/div=5V。,模拟示波器的主要技术指标,输入阻抗 当被测信号接入示波器时，输入阻抗成为被测信号的等效负载。 当输入直流信号时，输入阻抗用输入电阻表示，一般为1M 。 当输入交流信号时，输入阻抗用输入电阻和输入电容并联表示，一般输入电阻为1M ，输入电容一般为33pF。 输入阻抗通常还与使用的探头有关。 输入方式 直流（DC）：直接耦合。 交流（AC）：通过隔直电容耦合。 接地（GND）：将输入接地，用于

21、测量前确定零电平位置。,模拟示波器的主要技术指标,触发源选择方式 触发源是指用于提供产生扫描同步信号的来源。 内触发（INT）：由被测信号产生同步触发信号。 外触发（EXT）：由外部输入信号产生同步触发信号。 电源触发（LINE）：利用50Hz工频电源产生同步触发信号。,模拟示波器的工作原理,取样示波器的工作原理,数字示波器与模拟示波器,数字示波器的内部功能框图,数字示波器的采样率,数字示波器的一个非常重要的指标：采样率 采样率是指采样设备单位时间内对待测信号采样的次数。 单位为S/s（采样点/秒）。 采样率分为实时采样率和等效采样率。,数字示波器的等效采样,等效采样的工作原理与模拟取样示波器

22、相似。 通常的数字示波器的等效采样率可达几GS/s到几十GS/s。,数字示波器的探头,对示波器探头的要求： 将待测信号以较小的失真引入示波器。 对待测系统产生最小的影响。 探头的功能 在测试点或信号源与示波器之间建立一条信号的物理连接。 理想的探头 连接方便。 绝对的信号保真度。 零信号源负荷。 能够全面抗噪声。,数字示波器的探头,探头的频率特性,多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。 针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。,数字示波器的等效采样,等效采样的工作原理与模拟取样示波器相似。 通常的数字示波器的等效采样率可达几GS/s到几十GS/s。,数字示波器的探头,对示波器探头的要求： 将待测

23、信号以较小的失真引入示波器。 对待测系统产生最小的影响。 探头的功能 在测试点或信号源与示波器之间建立一条信号的物理连接。 理想的探头 连接方便。 绝对的信号保真度。 零信号源负荷。 能够全面抗噪声。,数字示波器的探头,探头的频率特性,多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。 针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。,探头的动态范围,所有探头都有其电压安全极限，我们称其为动态范围。 通常无源探头的动态范围可以从几百伏到上千伏，而有源探头的 动态范围一般只有十几伏。 可利用衰减功能来提高探头的动态范围。 如一个1：1时动态范围为50V的无源探头，若将其衰减切换开关放在10：1的位置，其动态范围就变为500V。,探头的补偿,大多数探头都有补偿功能。 调节探头内的补偿网络，可使信号失