示波器基础系列之十二-力科示波器的一次性测量功能-AIM
AIM——力科示波器的独有测量功能
李军美国力科公司深圳代表处
示波器一直是工程师设计、调试产品的重要工具。力科把示波器的功能分为四种模型（图1）：检查、测量、调试、分析。一直以来力科的目标市场都专注在调试型和分析型的示波器。以此为代表的波形分析优势是力科示波器的核心竞争力。但在使用更为频繁、应用更为广泛的测量功能方面，力科同样提供了独有的AIM、RQM等测量技术，给了工程师更多发现问题、解决问题的办法。此次我们将通过实验对比让大家了解什么是AIM及AIM在测量中的应用。
图1 示波器的四种模型
一般来说，工程师用示波器正确捕获波形后往往需要对感兴趣的参数进行测量或者验证。力科示波器可以对所有波形或者部分选定的波形进行参数测量。WaveRunner以上的示波器还可以同时测量8个参数（第四代示波器可同时测量12个参数），并提供了8个参数的直方图（图2）。在测量的同时如果打开示波器标配的参数统计（Statistics）功能，则可以报告出每个参数当前的测量状态。
在参数统计中（图3），“value”代表了屏幕中最后一个波形的参数测量值，“mean”则是所有波形参数测量的平均值，“min”是当前所有测量中的最小值，“max”是最大值，“sdev”是参数测量的标准偏差，“num”则是当前的测量次数，“status”指示了参数的测量状态。
图2 全面的参数测量
图3 参数统计
由于示波器可以一次测量所有捕获到的波形的参数，用户通过观察统计的最小（min）和最大（max）值即可迅速的了解到波形中可能存在的异常。这为工程师提供了更有意义的测量。力科把这项功能称为AIM——All In one time Measurement。
AIM是力科示波器标配的一种功能，它能报告出波形中所有测量结果的统计状况。这与有些工程师熟悉的Tek示波器的统计功能是有所区别的。Tek示波器的统计功能是个选配的软件，而在测量时Tek示波器只对屏幕中的第一个波形进行参数测量，力科示波器则会对屏幕中所有波形的参数进行测量，测量能力孰强孰弱，一目了然。
图4 LeCroy示波器测量屏幕中所有波形的参数
仅仅测量当前捕获到所有波形中一个波形的参数
图5 Tek示波器只对屏幕中的一个波形进行参数测量
下面的实验将帮助大家更多的了解什么是AIM。同时用力科的WaveSurfer6?Xs示波器（600MHz）和泰克的TDS4054B示波器（500MHz）测量一个脉宽有变化的脉冲序列。
分别在两台示波器里边设置触发类型为“Width”，触发条件为小于106ns，两台示波器均稳定触发，确认了脉冲序列中有小于106ns的脉冲存在。见图6和图7。
在单次触发后，力科示波器报告出测量到的10个脉冲宽度大约从100ns到500ns，而打开泰克示波器的测量统计功能后，其报告出来的最大和最小脉宽均为500.5ns，但我们用眼睛即可观察到屏幕上的脉冲序列宽度明显是变化的。这是怎么回事？原来泰克示波器只能测量第一个脉冲的宽度！见图8和图9。
图6 用LeCroy示波器触发小于106ns脉宽的脉冲
图7 用Tek示波器触发小于106ns脉宽的脉冲
图8 用LeCroy示波器测量10个宽度变化的脉冲序列
图9 用Tek示波器测量10个宽度变化的脉冲序列而在触发100次以后，力科示波器报告出在累计测量的1000个脉冲中最小最大脉宽分别为100.572ns和500.703ns（图10）。再来看看泰克示波器100次触发后的测量结果，报告的最小最大值分别为500.5ns和500.8ns（图11）！很明显，这个测量结果欺骗了你！这再次证明了泰克示波器每次只能测量屏幕中的第一个脉冲。
图12是用Tek的DPO7000系列示波器测量一个正弦波，打开其统计功能后对8个参数的统计结果。以“Fall”和“Pk-Pk”这两个参数为例，一屏中如果有5个下降沿，则应该有5个“Fall”值，但一屏中只会有一个“Pk-Pk”值。如果Tek示波器可以对所有波形的参数进行测量，那么统计出来的“Count”中“Fall”的次数应该是“Pk-Pk”的5倍。但图片中显示所有8个参数的“Count”都是一样的。这也再一次证明泰克示波器一次只能对屏幕中的一个波形进行参数测量。在测量的效率及通过测量发现波形异常的能力上力科示波器显然更胜一筹。
图10 LeCroy示波器触发100次后的测量结果
图11 Tek示波器触发100次后的测量结果
图12 Tek示波器对波形的参数测量统计
您在工作中有遇到与上面的实验类似的一些测量应用吗？在这种应用中您又如何能确定真实的参数的最大最小值呢？
答案是用力科示波器！因为AIM功能是力科示波器独有的！
图13是AIM功能的应用实例。某做LED产品的客户需要测量图中的两个数据包络。工程师需要控制“包”内信号的幅度和频率的变化，以此来控制驱动电路。由于信号的频率一直在变化，用其他品牌的示波器是根本没有办法对频率进行测量，而力科示波器可以方便的解决这个问题。
图13 AIM的应用
图14则是基于AIM功能测量信号的TIE抖动。上面的红色波形是通道2输入的被测方波信号。首先用参数测量通道2（C2）的TIE（P2），由于可以测
量屏幕上捕获到的所有波形的参数，这就得以使我们可以对每一个周期的TIE 进行追踪，追踪后的结果F1的曲线显示C2的抖动呈锯齿波变化规律。再来测量F1曲线的Pk-Pk参数（P4）即可得到抖动的峰峰值（Pk-Pk Jitter），测量F1的方差（P5）即为抖动的有效值（RMS Jitter）
图14 AIM的应用
AIM 的优势是不言而喻的。在我们没有强调AIM之前，可能您想象中的示波器的测量功能就应该是这样的。但真相是——惟有力科的标配测量统计功能具有AIM能力！
电源测试，时钟抖动测量，日常几乎所有的测量中，我们都希望示波器能有AIM能力！
力科示波器资料1)
产品名称： 数字示波器 型号： W R620Zi 产地： 美国力科 2GHz ，四通道，单次采样率 10GS/s （4ch ）、20GS/s （2ch ），重复采样率200GS/s ，最大触发速率1000000波形/秒，标配存储器(4ch/2ch)16M/32M,彩色12.1"宽屏平板 TFT 活动矩阵LCD 触摸屏。 高质量的验证、调试、分析 The WaveRunner 6 Zi 在测试仪器当中确立优势地位，是由于其具有一个强大的特色设置，它们包括了广泛的应用包、高级触发，开发用于快捷导航的用户界面、多种探头配件以及闪电般的性能。 WaveRunner 6 Zi 示波器概览 最全面的串行数据分析 WaveRunner 6 Zi 提供最多的串行数据分析工具。WaveRunner 6 Zi 拥有超过17种触发、解码和一致性解决方案，它可以通过特有的强大的可视化、自动化的工具来定位问题。该特有的测量工具箱称为ProtoSync ，它将示波器的视图和数据链接层的视图结合同步解码显示在一台仪器上。 出色的信号保真度 WaveRunner 6 Zi 系列示波器具一个有原始信号通路，该通路提供了无与伦比的低噪声的信号保真度。通过大型补偿和时基延时调整，该性能得以增强，使得对简单信号和放大器性能的评估以及对信号特征的垂直水平缩放功能变得更加强大。 WaveRunner HRO 6 Zi, 400 MHz 和600 MHz 模块
相比其它可供选择的8-bit示波器，专门针对医疗、汽车、电源和机电市场设计的WaveRunner具有更高的解析度和测量精度。传统的示波器均使用8-bit ADCs来数字化数据，对于很多既要观察大信号又要观察小信号的应用来说，这是远远不够的。低噪声高解析度的12-bit ADC架构改善了测量精度并提供更加清晰的波形。 导航和观察的新方法 前置面板上的WavePilot控制区域为光标、解码、波形扫描、历史、LabNotebook分别提供了独立的按钮，使得控制更加便捷。 WavePilot区域中间的超级旋钮是一个操纵杆形的旋钮，它可以方便地在表格、缩放和定位波形间切换，快速地记录并对您的设置进行注释。 只用滑动显示屏左侧的按钮并向上旋转90°，显示器就会自动地从横屏模式切换至竖屏模式。显示器还可以在轴心方向上下转动，调整显示角度。 更多触发功能可以更快地解析出更多问题 强大的触发组合，包括高带宽的边沿触发和10种不同的SMART触发：4级级联触发、测量触发和触发扫描全都是标准触发，可以使您快速定位问题，并集中精力在问题的原因上。测量触发提供了一个强大的选项，可在已验证的高解析度的测量基础上验证一个触发事件。高速串行触发使得对于高达3 Gb/s长80-bits的串行样本进行触发成为可能。还提供了全功能的串行触发(I2C、SPI、UART、RS-232、音频(I2S、LJ、RJ、TDM)、CAN、LIN、FlexRay、MIL-STD-1553、SATA、PCIe、8b/10b、USB2 以及其它)。 旋转显示 对于任意信号来说，12.1” 高清WXGA宽屏显示器的设计都可提供最好的显示效果 对于观察长记录的变化的信号并对结果进行缩放滚动来讲，宽屏是最理想的设计。 当观察数字信号、抖动归咎、眼图和频率plot时，可以将屏幕旋转90°来优化显示效果。此时屏幕图像会自动调整显示。向上或向下倾斜显示器，来避免反光和强光的干扰。 垂直系统 模拟带宽 @ 50Ω 2GHz(≥5mV/div) 10 mV-1 V/div
示波器基础系列之五 —— 电源噪声测试
示波器基础系列之五——电源噪声测试 当今的电子产品，信号速度越来越快，集成电路芯片的供电电压也越来越小，90 年代芯片的供电通常是5V 和3.3V，而现在，高速IC 的供电通常为 2.5V, 1.8V 或1.5V 等等。对于这类电压较低直流电源的电压测试（简称电源噪声测试），本文将简要讨论和分析。 在电源噪声测试中，通常有三个问题导致测量不准确 l 示波器的量化误差 l 使用衰减因子大的探头测量小电压 l 探头的GND 和信号两个探测点的距离过大 示波器存在量化误差，实时示波器的ADC 为8 位，把模拟信号转化为2 的 8 次方（即256 个）量化的级别，当显示的波形只占屏幕很小一部分时，则增大了量化的间隔，减小了精度，准确的测量需要调节示波器的垂直刻度（必要时使用可变增益），尽量让波形占满屏幕，充分利用ADC 的垂直动态范围。在图一中蓝色波形信号（C3）的垂直刻度是红色波形（C2）四分之一，对两个波形的上升沿进行放大（F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)），然后对放大的波形作长余辉显示，可以看到，右上部分的波形F1 有较多的阶梯（即量化级别），而右下部分波形F2 的阶梯较少（即量化级别更少）。如果对C2 和C3 两个波形测量一些垂直或水平参数，可以发现占满屏幕的信号C2 的测量参数统计值的标 准偏差小于后者的。说明了前者测量结果的一致性和准确性。 图一示波器ADC 的量化误差 通常测量电源噪声，使用有源或者无源探头，探测某芯片的电源引脚和地引脚，然后示波器设置为长余辉模式，最后用两个水平游标来测量电源噪声的峰峰值。这种方法有一个问题是，常规的无源探头或有源探头，其衰减因子为
示波器电源测试的步骤
示波器电源测试的步骤 时间：2012-10-17 16:46:12 来源：作者： 过去大家习惯用万用表进行电源测试，如果测试参数很多的时候非常麻烦。而现在使用示波器提供了许多自动测量功能，可以使用这些功能简单实现幅度测量(幅度、高、低、最大值、最小值、RMS、峰到峰值、正/ 负过冲、平均值、周期平均值、周期RMS)、定时测量(周期、频率、上升/ 下降时间、正/ 负占空比、正/ 负脉宽、突发宽度、延迟、相位)、综合测量。在实践中，很多工程师对于利用示波器进行电源测试的要点并不是很清楚，这里零星总结一些步骤和要点供大家参考。(这里的陈述是根据本人所使用的泰克混合信号示波器MSO4000系列(MSO4034)以及泰克的探头配置，不同示波器和探头会有些差异) 选择示波器的几个要点 1. 记录长度及分析工具 对许多电源测量，必需捕获1/4 周期或1/2 周期(90度或180度)的工频信号，有些测量甚至要求捕获整个周期，这需要示波器具有足够的记录长度以满足要求(MSO4034记录深度为10M，一般的电源测试足够了)。 比长记录长度更重要的是提供能够利用所有这些数据的工具(如泰克的Wave Inspector)。否则处理几百万点的记录长度，也就是几千屏的信号活动无疑是大海捞针。 2.电压探头和电流探头之间的时滞 每只电压探头和电流探头都有自己的特性传播延迟。电流探头和电压探头之间的延迟差称为时滞，会导致幅度和定时测量不准确。在探头没有正确“校正时滞”时，测量精度会下降，如开关损耗。我所用的泰克TekVPI探头连接到泰克4000系列示波器时，它们会自动设置相应的时滞校正值，在电源测量中实现最大精度。 3. 探头偏置 差分探头一般会有较小的电压偏置。这会影响精度，在继续测量前必须消除这个电压偏置。大多数差分电压探头拥有内置的DC 偏置调节控制功能，可以相对简单地消除偏置。 某些探头内置了自动消磁/自动清零程序，如在使用TekVPI探头时，只需在探头“comp”框上按一个按钮就可以了。 安全准确地测试电压波形和电流波形 在使用数字示波器进行电源测量时，必需测量设备中的电压及电流。要求使用两只不同的探头：一只电压探头(通常是高压差分探头)，一只电流探头。 测量经过MOSFET的电流相对简单，可以使用许多不同的霍尔效应电流探头完成，如TCP0030。而测量电压则会面临更多的问题。MOSFET没有连接到交流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。 进行差分测量是测量MOSFET 电压的最佳方式。在差分测量中，可以测量漏极到源极电压，即MOSFET漏极和源极端子中的电压。漏极到源极电压可以位于几十伏到几百伏电压的顶部，具体视电源的范围而定。 测量瞬时功率 检定开关晶体管中的瞬时功耗是几乎每个电源设计项目的一部分。选择能够在最坏情况操作极限下经济可靠地运行的元件至关重要。某些厂家的电流和电压探测解决方案为这些测量提供了理想选择。除提供安全测量解决方案外，它们还提供了非常简便的时滞校正功能。自动设置相应的时滞校正值，在电源测量中实现最大精度。为电压波形和电流波形及以瓦特为单位的演算波形提供正确的标度和单位。下面用泰克4000系列示波器介绍测量的简单步骤：连接探头;按Autoset，示波器自动调节垂直设置、水平设置;触发设置，以查看波形;把演算波形定义为Ch1 * Ch2;打开Area测量，测量曲线下的面积(能量);光标读数表明瞬时功率。通过使用测量选通，我们可以把Area测量限制在特定区域，查看与MOSFET 的启动时间(Ton)和关闭(Toff)时间有关的功率损耗。
示波器使用100问答,示波器使用教程
示波器使用100问答，示波器使用教程 1．对一个已设计完成的产品，如何用示波器经行检测分析其可靠性？ 答：示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一，通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常，验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2．决定示波器探头价格的主要因素是什么？ 答：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络)。 3．一般的安捷伦示波器探头的使用寿命有多长时间？探头需不需要定期的标定？ 答：示波器的探头寿命不好说，取决于使用环境和方法。 标准对于探头没有明确的计量规定，但是对于无源探头，至少在更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热，有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。 4．什么是示波器的实时采样率？ 答：实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔的倒数。据了解，目前业界的最高水平是四个通道同时使用。 5．什么是示波器的等效时间采样？ 答：等效时间采样指的是示波器把多次采集(多次触发)采集到的波形拼凑成一个波形，每次采样速率可能很慢，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。其指标可以达到很高，如1ps。 6．什么是功率因数？如何如何测量？ 答：功率因数：在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSΦ表示，其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。 7．如何表达和测试功率密度？ 答：功率密度就是单位体积里的功率，一般电源里用W/in3。 8．有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况？
利用数字示波器测试开关电源的方法
利用数字示波器测试开关电源的方法 从传统的模拟型电源到高效的开关电源，电源的种类和大小千差万别。它们都要面对复杂、动态的工作环境。设备负载和需求可能在瞬间发生很大变化。即使是“日用的”开关电源，也要能够承受远远超过其平均工作电平的瞬间峰值。设计电源或系统中要使用电源的工程师需要了解在静态条件以及最差条件下电源的工作情况。 过去，要描述电源的行为特征，就意味着要使用数字万用表测量静态电流和电压，并用计算器或PC进行艰苦的计算。今天，大多数工程师转而将示波器作为他们的首选电源测量平台。现代示波器可以配备集成的电源测量和分析软件，简化了设置，并使得动态测量更为容易。用户可以定制关键参数、自动计算，并能在数秒钟内看到结果，而不只是原始数据。 电源设计问题及其测量需求 理想情况下，每部电源都应该像为它设计的数学模型那样地工作。但在现实世界中，元器件是有缺陷的，负载会变化，供电电源可能失真，环境变化会改变性能。而且，不断变化的性能和成本要求也使电源设计更加复杂。考虑这些问题： 电源在额定功率之外能维持多少瓦的功率?能持续多长时间?电源散发多少热量?过热时会怎样?它需要多少冷却气流?负载电流大幅增加时会怎样?设备能保持额定输出电压吗?电源如何应对输出端的完全短路?电源的输入电压变化时会怎样? 设计人员需要研制占用空间更少、降低热量、缩减制造成本、满足更严格的EMI/EMC标准的电源。只有一套严格的测量体系才能让工程师达到这些目标。 示波器和电源测量 对那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说，电源测量可能很简单，因为其频率相对较低。实际上，电源测量中也有很多高速电路设计师从来不必面对的挑战。 整个开关设备的电压可能很高，而且是“浮动的”，也就是说，不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会变化。必须如实捕获并分析波形，发现波形的异常。这对示波器的要求是苛刻的。多种探头——同时需要单端探头、差分探头以及电流探头。仪器必须有较大的存储器，以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。 开关电源基础 大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源(SMPS)，它因为能够有效地应对变化负载而众所周知。典型SMPS的电能信号路径包括无源器件、有源器件和磁性元件。SMPS尽可能少地使用损耗性元器件(如电阻和线性晶体管)，而主要使用(理想情况下)无损耗的元器件：开关晶体管、电容和磁性元件。
力科示波器使用手册
Digital Oscilloscopes
Wave r unner-2 Qu i c k s t a r t to Signal Vi e w i n g An a l o g Pe r s i s t e n c e ? Press A N A L O G P E R S I S T to access the power of An a l o g Pe r s i s t e n c e.The three-dimensional view shows va r i a tions in a wave f o r m as i n te n s i t y or co l o r -g r aded va r i a t i o n s .Press D I S P L AY to custo m i z e the display. Press Z O O M for a close-up view of signal https://www.360docs.net/doc/4c16654227.html,e the zoo m co n t r ols to magnify and inspe c t the signal,the soft k eys to change the zoom view,l o ck the zoom tra c es with multi-zoo m ,and to auto m a t i c ally scan the wave f o r m . 1 .Co n n e c t your signal.When using a pro b e,Pro B u s ? a u t o m a t i c ally sets the ve r t i c al scale factor and HFP pro b es a u t o m a t i c ally light-up with the tra c e co l o r .2 .Press A U T O S E T U P an d view. 3 .Press “ U n d o ”to reve r t back to a previous setting. Adjust the T I M E / D I V , and SMART Me m o r y a u t o m a t i c ally assure s the maximum re s o l u -tion for each time-base setting. Press a C H A N N E L b u t t o n ,and use the co n t r ol knobs to s e l e c t an d adjust that c h a n n e l ’s Vo l t s /D i v and offset settings.Press tw i c e to tog g l e the channel be t we e n On and O f f . Se l e c ts a pre- or po s t -t r igger https://www.360docs.net/doc/4c16654227.html,e to v i e w the signal eve n t s p r ior to the tri g g e r po i n t. Presets the tri g g e r d e l a y to ze r o. Quick Zoo m Press a C H A N N E L b u t t on to view the menu.
示波器基础系列之九 —— 关于高压测试中电压“测不准”问题的讨论
示波器基础系列之九——关于高压测试中电压“测不准”问题的讨论 关于高压测试中电压“测不准”问题的讨 论 汪进进美国力科公司深圳代表处 在拜访电源客户时，我们常常遇到这样一个现象：测试高压时不同品牌的示波器测试的结果差别很大。有一次对比测试中我们发现测试大约450V的MOSF ET的Vds电压，三台示波器的最大差别有50V左右; 同一品牌不同型号的示波器差别也很大; 同样的示波器不同探头测量结果有时差别也很大。对于电源客户而言，MOSFET的电压应力测试是一项关键指标，决定了电路的调试，电源的使用寿命，MOSFET器件的选型等。客户一提起这个问题，我总说，我理解，我很理解，因为我在做电源工程师时也遇到同样的问题，也为这问题苦恼过。我记得在写测试报告时要标明是用什么型号的示波器和什么序列号的探头测试出来的结果。但我想很多电源工程师并不理解这个问题的理论根源，常常追问我，到底哪个结果可信？甚至有些很较真的工程师用标准的AC Source来作为信号源来“计量”哪一台示波器是准确的，但往往是很失望，没有一台示波器的结果能“相信”，有的有效值“测不准”，有的幅值“测不准”，有的峰峰值“测不准”，因为有效值和幅值之间存在2倍根号2的关系，没有示波器测试出来的结果符合这个关系式，甚至有的客户和我争论一定是峰峰值满足2倍根号2关系才对，幅值是不对的。因此，我早觉得是有写一点东西来解释这个问题的必要了。 高压“测不准”的原因其实很简单，还是我常强调的四个因素：第一是示波器的量化误差问题，第二是示波器的幅频特性曲线的平坦度问题;第三是环境噪声的干扰问题，第四是探头的共模抑制比和快恢复特性问题。 1,量化误差的概念 (在之前的多篇文章中我们都谈到了量化误差对示波器测量的影响。为保持单独这篇文章的完整性，我们还是重复一下这相关的解释。) 我们都知道，示波器的A/D只有8位，也就是说对于任何一个电压值都只有256个0和1来重组，如果包括+/-符号位,示波器的数字量程是-128—+127。图一很清楚地显示了这种数字化采样的原理，示波器的屏幕最顶部代表的是+127,中间代表的是0，最底部代表的是-128。这种原理就产生了使用示波器的第一原则：最小化量化误差。这个原则告诉了我们使用示波器的一个常识，为获得最接近于真实值的电压值，应使垂直分辨率尽可能地小，使显示的波形尽量占满示波器的屏幕。
如何用数字示波器测试开关电源
如何用数字示波器测试开关电源？ 从传统的模拟型电源到高效的开关电源，电源的种类和大小千差万别。它们都要面对复杂、动态的工作环境。设备负载和需求可能在瞬间发生很大变化。即使是“日用的”开关电源，也要能够承受远远超过其平均工作电平的瞬间峰值。设计电源或系统中要使用电源的工程师需要了解在静态条件以及最差条件下电源的工作情况。过去，要描述电源的行为特征，就意味着要使用数字万用表测量静态电流和电压，并用计算器或PC进行艰苦的计算。今天，大多数工程师转而将示波器作为他们的首选电源测量平台。现代示波器可以配备集成的电源测量和分析软件，简化了设置，并使得动态测量更为容易。用户可以定制关键参数、自动计算，并能在数秒钟内看到结果，而不只是原始数据。 电源设计问题及其测量需求 理想情况下，每部电源都应该像为它设计的数学模型那样地工作。但在现实世界中，元器件是有缺陷的，负载会变化，供电电源可能失真，环境变化会改变性能。而且，不断变化的性能和成本要求也使电源设计更加复杂。考虑这些问题： 电源在额定功率之外能维持多少瓦的功率？能持续多长时间？电源散发多少热量？过热时会怎样？它需要多少冷却气流？负载电流大幅增加时会怎样？设备能保持额定输出电压吗？电源如何应对输出端的完全短路？电源的输入电压变化时会怎样？ 设计人员需要研制占用空间更少、降低热量、缩减制造成本、满足更严格的EMI/EMC标准的电源。只有一套严格的测量体系才能让工程师达到这些目标。 示波器和电源测量 对那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说，电源测量可能很简单，因为其频率相对较低。实际上，电源测量中也有很多高速电路设计师从来不必面对的挑战。 整个开关设备的电压可能很高，而且是“浮动的”，也就是说，不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会变化。必须如实捕获并分析波形，发现波形的异常。这对示波器的要求是苛刻的。多种探头——同时需要单端探头、差分探头以及电流探头。仪器必须有较大的存储器，以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。 开关电源基础 大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源(SMPS)，它因为能够有效地应对变化负载而众所周知。典型SMPS的电能信号路径包括无源器件、有源器件和磁性元件。SMPS尽可能少地使用损耗性元器件(如电阻和线性晶体管)，而主要使用(理想情况下)无损耗的元器件：开关晶体管、电容和磁性元件。 SMPS设备还有一个控制部分，其中包括脉宽调制调节器脉频调制调节器以及反馈环路1等组成部分。控制部分可能有自己的电源。图1是简化的SMPS示意图，图中显示了电能转换部分，包括有源器件、无源器件以及磁性元件。 SMPS技术使用了金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)与绝缘栅双极晶体管(IGBT)等功率半导体开关器件。这些器件开关时间短，能承受不稳定的电压尖峰。同样重要的是，它们不论在开通还是断开状态，消耗的能量都极少，效率高而发热低。开关器件在很大程度上决定了SMPS的总体性能。对开关器件的主要测量包括：开关损耗、平均功率损耗、安全工作区及其他。
示波器的三大关键指标
带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三大关键指标。相对于工程师们对示波器带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的选型、评估和测试中为大家所忽视。这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存储深度这两个指针的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的权衡方法，树立正确的使用示波器的观念。 在开始了解采样和存储的相关概念前，我们先回顾一下数字存储示波器的工作原理。 图1 数字存储示波器的原理组成框图 输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，以提高示波器的灵敏度和动态范围。放大器输出的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入内存中，微处理器对内存中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上。这就是数字存储示波器的工作过程。 采样、采样速率 我们知道，计算机只能处理离散的数字信号。在模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化（模/数转化）问题。一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样（sampling）。连续信号必须经过采样和量化才能被计算机处理，因此，采样是数字示波器作波形运算和分析的基础。通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进制代码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。采样电压之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。采样率（sampling rate）就是采样时间间隔。比如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。
05 力科示波器实现多参数自动化测量解决方案 Andy Ma
力科示波器基础应用系列之五—— 力科示波器实现多参数自动化测量解决方案 美国力科公司北京代表处马亦飞 示波器作为电子工程师的日常调试工具，它的功能包括了电信号的捕获，显示，测量，分析和归档等，当示波器由“模拟”时代跨入“数字”时代之后，示波器的测量功能发生了革命性的变化，“模拟”示波器上工程师只能简单地用游标卡一下幅值和时间，在如今的“数字”示波器上工程师们已经可以用几百种测量参数全方位地洞察信号的全貌，令波形的特点丝毫毕现，一览无余！ 得益于LeCroy最先进的XStream-II架构，力科示波器在测量功能上的表现也令人印象深刻。毫不夸张得说，力科示波器是目前测量项目最多，同时显示的参数最多，和唯一实现真正统计功能（AIM-All in One-time Measurement）的示波器。譬如：力科WavePro 7Zi-A 和WaveMaster 8Zi-A系列示波器可以同时测量12个参数,甚至可以给出每个参数的小直方图来帮您快速查看参数的稳定性，相比同等的其它品牌示波器最多只能同时测量8 个参数。如下图所示： 力科示波器和竞争对手的同等示波器相比有最多的测量参数个数，总计达160 种以上测量参数。譬如SDA760Zi 标配的测量参数达到128 个，而同等的T公司的DSA70804只有93 个，A公司的DSA90604只有59 个。如果您想要深入了解力科示波器的测量功能，请参看《示波器基础系列之十—关于力科示波器测量功能的特点》。 虽然同时测量12种参数意味着4通道示波器上工程师可以同时观察每个通道上3种自动测量参数，但是随着工程师对产品测试不断严苛的需求，12种参数还是有些捉襟见肘。如果需要在4通道示波器上同时观察每个通道信号的周期,宽度，上升时间,Pk-Pk……意味着我们至少需要16种参数同时显示，或是更多！以下我们讨论针对测量参数超过12种时,如何同时显示的解决方案。
第26章ARM官方DSP库 FFT的示波器应用
安富莱S T M32-V5开发板 数字信号处理教程 文档版本：V1.0 安富莱电子 W W W.A R M F L Y.C O M
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第26章F F T的示波器应用 特别声明：本章节内容整理自力科示波器基础应用系列文档，原名《FFT的前世今生》。 FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换）是离散傅立叶变换的快速算法，也是我们在数字信号处理技术中经常会提到的一个概念。在大学的理工科课程中，在完成高等数学的课程后，数字信号处理一般会作为通信电子类专业的专业基础课程进行学习， 原因是其中涉及了大量的高等数学的理论推导，同时又是各类应用技术的理论基础。关于傅立叶变换的经典著作和文章非常多，但是看到满篇的复杂公式推导和罗列，我们还是很难从直观上去理解这一复杂的概念，我想对于普通的测试工程师来说，掌握 FFT 的概念首先应该搞清楚这样几个问题（在这篇文章中我尝试用更加浅显的讲解，尽量不使用公式推导来说一说 FFT 的那些事儿）： 26.1 为什么需要 FFT 26.2 变换究竟是如何进行的 26.3 变换前后信号有何种对应关系 26.4 在使用测试工具（示波器或者其它软件平台）进行 FFT 的方法和需要注意的问题 26.5 力科示波器与泰克示波器的 FFT 计算方法的比较 26.6 珊栏现象 26.7 窗函数对于FFT结果的影响 26.8 窗函数选择指南 26.1为什么需要F F T 首先 FFT(快速傅立叶变换)是离散傅立叶变换的快速算法，那么说到 FFT，我们自然要先讲清楚傅立叶变换。先来看看傅立叶变换是从哪里来的？ 傅立叶是一位法国数学家和物理学家的名字，英语原名是 Jean Baptiste Joseph Fourie(1768-1830), Fourier 对热传递很感兴趣，于 1807 年在法国科学学会上发表了一篇论文，运用正弦曲线来描述温度分布，论文里有个在当时颇具争议性的命题：任何连 续周期信号可以由一组适当的正弦曲线组合而成。当时审查这个论文的人，其中有两位是历史上著名的数学家拉格朗日(Joseph Louis Lagrange, 1736-1813)和拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace,1749-1827)，当拉普拉斯和其他审查者投票通过并要发表这个论文时，拉格朗日坚决反对，在近 50 年的时间里， 拉格朗日坚持认为傅立叶的方法无法表示带有棱角的信号， 如在方波中出现非连续变化斜率。法国科学学会屈服于拉格朗日的权威，拒绝了傅立叶的工作，幸运的是，傅立叶还有其它事情可忙，他参加了 政治运动，随拿破仑远征埃及，法国大革命后因为怕被推上断头台而一直在逃难。直到拉格朗日死后 15 年这个论文才被发表出来。
示波器基础系列之十二-力科示波器的一次性测量功能-AIM
AIM——力科示波器的独有测量功能 李军美国力科公司深圳代表处 示波器一直是工程师设计、调试产品的重要工具。力科把示波器的功能分为四种模型（图1）：检查、测量、调试、分析。一直以来力科的目标市场都专注在调试型和分析型的示波器。以此为代表的波形分析优势是力科示波器的核心竞争力。但在使用更为频繁、应用更为广泛的测量功能方面，力科同样提供了独有的AIM、RQM等测量技术，给了工程师更多发现问题、解决问题的办法。此次我们将通过实验对比让大家了解什么是AIM及AIM在测量中的应用。 图1 示波器的四种模型 一般来说，工程师用示波器正确捕获波形后往往需要对感兴趣的参数进行测量或者验证。力科示波器可以对所有波形或者部分选定的波形进行参数测量。WaveRunner以上的示波器还可以同时测量8个参数（第四代示波器可同时测量12个参数），并提供了8个参数的直方图（图2）。在测量的同时如果打开示波器标配的参数统计（Statistics）功能，则可以报告出每个参数当前的测量状态。 在参数统计中（图3），“value”代表了屏幕中最后一个波形的参数测量值，“mean”则是所有波形参数测量的平均值，“min”是当前所有测量中的最小值，“max”是最大值，“sdev”是参数测量的标准偏差，“num”则是当前的测量次数，“status”指示了参数的测量状态。
图2 全面的参数测量 图3 参数统计 由于示波器可以一次测量所有捕获到的波形的参数，用户通过观察统计的最小（min）和最大（max）值即可迅速的了解到波形中可能存在的异常。这为工程师提供了更有意义的测量。力科把这项功能称为AIM——All In one time Measurement。
如何用示波器进行射频信号测量
前言--如何用示波器进行射频信号测量连载（一） 前面推出了《数字工程师需要掌握的射频知识》连载后，反响强烈。有些工程师朋友联系我说，除了数字工程师要用到射频仪器外，有些射频工程师也会用到示波器做射频信号测试，但是不清楚精度如何，以及和频谱仪等传统仪器的区别，希望能对这方面做些讲解。 为此，我对示波器做射频信号测试的应用案例和注意事项做了一些整理，将陆续连载，希望能给大家提供一些帮助。 时域测量的直观性 要进行射频信号的时域测量的一个很大原因在于其直观性。比如在下图中的例子中分别显示了4个不同形状的雷达脉冲信号，信号的载波频率和脉冲宽度差异不大，如果只在频域进行分析，很难推断出信号的时域形状。由于这4种时域脉冲的不同形状对于最终的卷积处理算法和系统性能至关重要，所以就需要在时域对信号的脉冲参数进行精确的测量，以保证满足系统设计的要求。 更高分析带宽的要求 在传统的射频微波测试中，也会使用一些带宽不太高（<1GHz）的示波器进行时域参数的测试，比如用检波器检出射频信号包络后再进行参数测试，或者对信号下变频后再进行采集等。此时由于射频信号已经过滤掉，或者信号已经变换到中频，所以对测量要使用的示波器带宽要求不高。 但是随着通信技术的发展，信号的调制带宽越来越宽。比如为了兼顾功率和距离分辨率，现代的雷达会在脉冲内部采用频率或者相位调制，典型的SAR成像雷达的调制带宽可能会达到2GHz以上。在卫星通信中，为了小型化和提高传输速率，也会避开拥挤的C波段和Ku 波段，采用频谱效率和可用带宽更高的Ka波段，实际可用的调制带宽可达到3GHz以上甚至更高。 在这么高的传输带宽下，传统的检波或下变频的测量手段会遇到很大的挑战。由于很难
力科利用示波器实现高速信号的全方位分析
力科利用示波器实现高速信号的全方位分析 在高速信号调试时工程师必须首先调试并验证其设计是否符合物理层规范。在此阶段，信号完整性（如眼图和抖动）是关键问题，很多这种验证和调试是通过使用伪随机码序列（PRBS）或循环测试码，并结合示波器及示波器厂家提供的串行数据眼图和抖动分析软件来完成的。 在确保物理层信号质量没有问题后，串行信号从测试码变为8b/10b编码字符序列，此时系统级问题成为调试的重点，问题可能会出现在物理层-链路层域（涉及信号完整性和数据完整性的交叉领域）。这时，就需要对物理层信号实现解码分析。 对于现代的高速串行系统，系统之间的协调工作显得更为突出，协议间的任何冲突也会导致整个系统出现问题，因此分析物理层和链路层往往还是不够的，还必须要对系统的协议层进行分析，这时往往需要用到专用的协议分析仪。本文将为大家重点介绍力科示波器针对高速串行信号物理层、链路层和协议层的解决方案。 高速信号的传输过程分析 为了确保较好的信号传输质量，高速串行数据信号在传输之前往往需要进行相应的编码处理，如下图1所示即为串行信号简单的传输过程，在发送端信号先进行Scrambler和8b/10b 编码处理，处理后的信号经过传输链路传输后进入接收端后还需要进行10b/8b和Scrambler 的解码处理。我们观察信号都需要在传输链路上进行观察，因此观察到的是编码后的加扰信号和10b信号。 8b/10b编码是当前大部分高速串行信号都使用的一个非常通用的编码方式。如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b编码方式。使用8b/10b编码可以确保电路的DC平衡（使得0电平和1电平的密度保持平衡），这样系统可以更加准确的从数据中恢复出理想时钟，也可以有效的减小码间干扰抖动，尽可能的减小系统出错的概率。另外，通常8位代表一个数据位，如果所有位都用来表示数据，那么将没有多余的位来进行码型的同步，因此8b/10b编码的另外一个好处是可以提供多余的位来作为同步码，如常见的K28.5、K28.3等码型。图2为一个8b/10b的示例： 数据的比特位从8位增加到了10位，原数据位中出现较少的电平特性经过编码后得到了增加。 图3为对信号传输链路上采集到的信号的解码过程。使用示波器可以直接观察到图3最上端的物理层波形，如果要观察到10b解码信息和Scramble解码信息，则需要使用示波器厂家提供的专用的高速串行信号解码分析软件。 进一步进行解析，即可得到协议层的信息，。 在高速信号调试时工程师必须首先调试并验证其设计是否符合物理层规范。在此阶段，信号完整性（如眼图和抖动）是关键问题，很多这种验证和调试是通过使用伪随机码序列（PRBS）或循环测试码，并结合示波器及示波器厂家提供的串行数据眼图和抖动分析软件来完成的。 在确保物理层信号质量没有问题后，串行信号从测试码变为8b/10b编码字符序列，此时系统级问题成为调试的重点，问题可能会出现在物理层-链路层域（涉及信号完整性和数据完整性的交叉领域）。这时，就需要对物理层信号实现解码分析。 对于现代的高速串行系统，系统之间的协调工作显得更为突出，协议间的任何冲突也会导致整个系统出现问题，因此分析物理层和链路层往往还是不够的，还必须要对系统的协议层进行分析，这时往往需要用到专用的协议分析仪。本文将为大家重点介绍力科示波器针对
示波器常识讲课教案
示波器的触发功能 汪进进美国力科公司深圳代表处 我记得初入力科的时候，在关于示波器的三天基础知识培训中有一整天的时间都是在练习触发功能。“触发”似乎是初学者学习示波器的难点。我们常帮工程师现场解决关于触发 的测试问题的案例也很多。通常有些工程师只知道“Auto Setup”之后看到屏幕上有波形然后“Stop”下来再展开波形左右移动查看细节。因此，我有时候甚至接到这样的电话，质疑我们的示波器有问题，因为他在”Auto Setup”之后看到的波形总是在屏幕上来回“晃动”。但是当我问他触发源设置得对不对，触发电平设置得合适否，是否采用了合适的触发方式等问题时，我没有得到答案; 即使有时遇到我心目中的高手，我也常发现他们对触发的基本概念都没有建立起来。我喜欢在写作某个主题之前google一下，但是很遗憾我没有找到一篇堪称完整的启蒙文章。虽然三家示波器厂家的PPT讲稿中都有很多关于触发的，但细致介绍触发的 中文文章真的很少。当然，这也是幸运的，因为我的拙文也许将是很多工程师茅塞顿开的启蒙之作。 触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。数字示波器的触发功能非常地丰富，通过触发设置使用户可以看到触发前的信号也可以看到触发后的信号。对于高速信号的分析，其实很少去谈触发，因为通常是捕获很长时间的波形然后做眼图和抖动分析。触发可能对于低速信号的测量应用得频繁些，因为低速信号通常会遇到很怪异的信号需要通过触发来隔离。假如示波器的触发电路坏了，示波器仍然可以工作，只是这时候看到的波形在屏幕上来回“晃动”，或者说在屏幕上闪啊闪的。这其实相当于您将触发模式设置为“Auto”状态并把触发电平设置得超过信号的最大或最小幅值。示波器的采集存储器是一个循环缓存，新的数据会不断覆盖老的数据，直到采集过程结束。如图一所示。没有触发电路，这些采集的数据不断地这样新老交替，在屏幕上视觉上感觉波形在来回“晃动”。Auto Setup是自动触发设置，示波器根据被测信号的特点自动设置示波器的水平时基，垂直灵敏，偏置和触发条件，使得波形能显示在示波器上。其主要目的是保证波形能显示出来，这对于拿到示波器不知道如何使波形“出来”的新手是有用的。但如果不理解触发的概念，通过Auto Setup的设置就开始观察，测量甚至得出结论是不对的。示波器毕竟是工程师的眼睛，工程师需要透彻掌握这个工具，用好这双眼睛。 所谓触发，按专业上的解释是：按照需求设置一定的触发条件，当波形流中的某一个波形满足这一条件时，示波器即实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。触发条件的唯一
用示波器测量电感及饱和电流
用示波器测量电感及饱和电流(原创) 简介: 电感元件的饱和电流是元件正常工作时允许通过的最大电流，超过这个电流，电感元件磁芯的磁感应强度将饱和，元件的电感量将迅速下降。这个参数在功率电感上尤其重要，但我们手头的电感元件往往没有此参数的标记，本文介绍一种利用示波器来测量此参数的方法。 测量原理: 如下图所示，电容C的容量应该足够大，以便在放电过程中保持电压基本不下降。合上S1，电容开始通过被测电感L和采样电阻R1放电，放电初期，电流强度从0开始线性上升，当电流达到饱和时，由于电感量下降，电流上升的速度将明显加快（斜率增大），此时的电流强度即为电感的饱和电流。 图中的二级管是防止放电结束后电感电流将电容反向充电，电解电容反充电可能使之失效。 具体测量: 笔者根据以上原理测量了手头的一个标称值为33uH的电感，测量用的电源电压为5V，采样电阻0.5ohm。将示波器的"输入耦合"设置在直流档，"触发方式"设置为上升沿触发，"扫描周期"设置为10us每格，"触发点平"约100mv，"控制模式"设置为单步俘获状态，迅速合上S1，得到以下波形。反复几次，结果很相近。
从图中可以看出在A点以下，当采样电压小于1.8V（电流小于3.6A），电流随时间平稳上升。过A点后电流上升速度明显加快，因此该电感的饱和电流约为3.6A。 过B点后电流再次出现拐点，那时因为电容放电后电压下降并且采样电压上升，使得加电感上的电压降低引起的。 我们把"扫描周期"设置为1us每格，输入灵敏度设为200mV每格，可以更清晰地看到电感电流上升初期的情况。 从图中看到，10us内采样电压从0线性上升到680mV，对应电流从0上升到1.36A，电流变化率为0.136A/us。加在电感上的电压为5V（忽略采样电阻压降），电感量为5/0.136=36.7uH，接近于标称值33uH。
力科示波器探头使用指南
示波器探头基础系列之五 ——示波器探头使用指南 美国力科公司 概述： 本文旨在帮助读者对常用的示波器探头建立一个基本认识。此外，我们通过一系列的例子说明探头的不正确使用如何影响测量的结果。 理解探测问题 注意!连接示波器和待测物会给被测波形带来失真。 示波器上应该贴上上面类似的警告标签吗？或许是的。示波器同其它测量仪器一样，受制于各种测量问题——显然，示波器和待测物的连接会影响到测量，使用者理解这样的影响是非常重要的。随着示波器技术的发展，连接示波器和待测物的工具和技术已经变得非常成熟。 早期的示波器，测量带宽只有几百KHz数量级，常使用电缆连接电路。现代示波器使用各种连接技术以最小化测量误差。使用者应该熟悉示波器本身以及示波器连接电路的各种方法的特性和限制。 考虑示波器连接待测电路的方式如何影响测量，待测电路可以等效为包含内置电阻和电容的戴维宁等效电压源。同样，示波器输入电路和连接部分可以被等效为负载电阻和旁路电容。该模型如图1所示。当示波器连接信号源时，示波器的负载效应会减小测量到的电压。低频的损耗取决于电阻比率Rs和Ro。对于高频时的损耗，Cs和Co成了主要因素。另外一个影响是系统带宽由于示波器的容性负载而变小，这也会影响到动态时间量的测量，如脉冲上升时间Risetime。 图1 包括信号源和示波器的简单测量模型 示波器的设计者需要从两个方面入手来减少负载效应的影响: a．高阻探头，利用有源和无源电路来减少负载效应，这些电路包括补偿衰减器或者低容值场效应晶体管缓冲放大器。 b．对于高频应用的直接连接，示波器的输入电路采用50ohm的内部端接。在这些场合，示波器输入电路被设计成常数的50ohm负载阻抗。低电容的探头被设计为50ohm端接来减少负载效应。 如何选择合适的探头 通常，探头可以被分成三大类。1、无源高阻探头；2、无源低阻探头；3、有源探头。