光电技术校准示波器上升时间
示波器上升时间计量的误差分析

h (2 =1 — : . t) 一e C 09 R
即 t = ~R n . 1 Cl 0 9
t 2= 一 RCl 0. n 1
因此 , C积分网络 的瞬态上升时 间为 R
t=t 一t=R (n . —1O 1 2 17 C 2 1 C 1O 9 n .) .9R
韩 龙 等 波 器上 升 时 闽计i 的误 差 分析 示
示 波 器 上 升 时 间 计 量 的 误 差 分 析
T eE rro cl g a h Ri i a gn a zs h ro Osio rp s TmeG u igAn l e f l e y
韩 龙 朱 长春 郝 荣 赵俊 伟
0. 5 3
3 ̄ ns 5
. . . .
应可表示 为下式 :
t
h ( ) 1 而) () t =( 一e u t
() 1
根据 系统瞬态上升时 间的定义 : 脉冲 幅度从 1 %上 0 升到 9 %所经历 的时间。 0
t. ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要对这 台示波器 的上升 时问进行 计量 , 根据 脉冲信 号和宽带系统 的理论 , 要对示 波器这个 宽 带系统 输入 需 激励 脉冲信号 , 通过测量宽带系统 的输 出反馈信号 , 来描 述示 波器的性 能。 造成示波器上升 时间测 量误差 来源 主要有 : 冲源 脉
() 2
另外 , 积分 电路 的冲激响应为 () £= 一配 () t £
() 3
] _ … _ _ ]
0 一 —+
对上式进行傅立 叶变换得
( ) : 1
() 4
j
T —— —— —— + _
—— —一
频宽与上升时间

3.5
系統的上昇時間約為 1/3 倍信號的上昇時間 誤差為 5%
Page 8
頻寬與上昇時間
▪ 量測誤差 ( Measurement Error )
▪ 假設某信號的上昇時間為 3.5ns ,若使用 500MHz 系統頻寬的示波 器量測誤差如下:
頻寬與上昇時間
▪ 頻寬 ( BW / Bandwidth )
▪ 信號產生器送出固定峰對峰值 ( PkPk ) 之信號,並不斷增加頻率, 需維持在0.707倍以上。
▪ 示波器容許送入之最高頻率即為頻寬。
峰對峰值 ( PkPk )
最小標準
電壓
頻寬
-3db值=0.707倍
頻率
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頻寬與上昇時間
▪ 示波器頻寬 ( BW )與上昇時間 ( Rise-Time )
▪ 探棒頻寬越低,表示上昇時間越大。 ▪ 500MHz
▪ Tr = 0.35 ÷500MHz = 0.35 x 2ns = 0.7ns ▪ 1GHz
▪ Tr = 0.35 ÷1GHz = 0.35ns
Page 4
頻寬與上昇時間
▪ 系統上昇時間 ( System Rise-Time )
▪ 示波器上昇時間與探棒上昇時間 ”相加”,上昇時間相加的方 式是兩者平方相加再開根號,即是有效值的計算。
信號源 上昇時間
示波器 量測結果
示波器的上昇時間 0.35 0.7ns 500MHz
量測值 3.5ns2 0.7ns2 3.57ns ERROR 3.57 3.5 100% 2%
3.5
系統的上昇時間約為 1/5 倍信號的上昇時間 誤差為 2%
数字示波器上升时间测量值的不确定度评定

4 . 5 合 成标 准不确 定度
厂— —— — —
。 =
√ + = 0 . 0 2 0 ( I l s )
s ( ) = √ 蓦 ( — ) = o . 0 0 5 2 ( 璐 )
“ √ 6 : 0 . 0 0 2 1( n s )
4 . 6 扩展不 确定 度
间裱花, 这取决于采样点落在所测量脉冲上升时间的哪
个部 位 。
升时间和对应频带宽度的关系
,
=
k / A
依据示 波器 上升 时 间 的定 义 , 示 波器 屏 幕 上显 示 的 阶跃 信号 波形 从脉 冲幅 度 的 1 0 %到 9 o %所 经历 的时 间 问 隔 即为上 升时 间。
示 波 器 校 准 仪
… —
t , 一 上升 时 间 , 单 位为 S ;
一
高端截止频率 ( 幅度下降 3 d B 频率) , 单位为 H z ;
常数 , 当频 率 响 应 特 性 为 R C积 分 网 络 时 , k=
一
被 检 示 波 器
0 . 3 5 ; 当频率 响应特 性为高斯型 响应 网络 时, k= 0 . 3 4 。
2 . 4 1 n s 、 2 . 4 2 n s 、 2 . 4 1 n s 、 2 . 4 2 n s 平 均值 为 2 . 4 1 7 n s 。
t 耐童与灏试 技, g ) 2 o t 4丰t t 4 1 卷 第7期。
因为测 量 重复 性 引入 的不 确 定度 , 属 于 A类 不确 定 度, 利用 贝 塞尔公 式 , 计 算
J J G 2 6 2 —1 9 9 6 ( 模拟示波器检定规程》
温度 ( 2 0 ±5 ) ℃, 相对 湿 度 ( 4 5—8 0 ) %R I - I , 电源 电压
示波器上升时间测量不确定度评定

1.3.4 系统不稳定性引入的标准不确定度分量,用测量重复性表征 u(4) 被校/检示波器校准仪输出 150ps@阻抗 50Ω, 测量数据如下表:
x1 _ 152.69 x6 15x7 153.13
x3 153.08 x8 152.97 152.97
x4 153.02 x9 153.05
δ=√1 + δ=√1 +
172 1502 172 702
− 1 ≈ 0.64%
@Tr=150ps @Tr=70ps
− 1 ≈ 2.9%
因此,因为 86100C&86105C 取样示波器的建立时间所引入的不确定度分量为: u(2) =0.64%×150ps / 3 =0.56ps u(2) =2.9%×70ps / 3 =1.17ps @Tr=150ps @Tr=70ps
u(1) u(2) u(3) u(4)
1.44ps 0.56ps 0.88ps 0.16ps
表2 标准不确定度分量
@Tr=70ps 标准不确定度值
不确定度来源 标准装置精度引入的不确定度 标准器上升沿建立时间引入的不确 定度分量 标准器数据采集引入的不确定度分 量 系统不稳定性引入的不确定度
u(1) u(2) u(3) u(4)
1.3.2 标准器 Y 轴建立时间引入的标准不确定度分量 u(2) 由于标准仪器测量脉冲的上升时间时, 其自身的带宽有限, 即其建立时间不充分小, 所以要引入一定的测量误差,其测量误差一般用下式进行估算: δ= 1
1 -1 n2
式中,n=被测上升时间/标准仪器的建立时间 因为 86100C&86105C 取样示波器的建立时间约为 17ps(来源于检定证书) ,所以 引入误差为:
@Tr=150ps(1.6
上升的时间和示波器探头的带宽的关系

升的时间和示波器探头的带宽的关系所有的科学测试设备都有它的局限性,当我们使用示波器来测量数字信号时,我们也应了解示波器的局限性,这样我们才有可能对测试的结果进行合理的分析。
现在我们先讲述几个基本的概念名词,以方便对本文的阅读:上升/ 下降时间(Rise/Fall Time):信号从低电平跳变为高电平所需要的时间,通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间,记为Tr或T10—90。
上升的时间和示波器探头的带宽般示波器系统的三个基本的制约因数为:灵敏度不足、允许输入电压的范围不够和带宽的限制。
对我们而言最严重的限制应该是带宽不够。
在信号处理的过程中,低带宽的探头将滤除被测信号的高频分量。
从示波器上观察上升沿信号,其显示出的上升沿的时间示波器系统的组合上升时间,其值是示波器各个器件引起的上升时间平方和的方根值。
可以使用下面的表达式来表示:举个例子,最简单的情况下,示波器系统有输入信号、探头、垂直放大器组成,如下图所示:输入信号的上升时间为t1,经过示波器探头后其上升时间变为[t1 (平方)+t2 (平方)]开根号,再经过垂直放大器后其上升时间变为[t1 (平方)+t2 (平方)+t3 (平方)]开根号。
其中,t2 和t3 是由探头和垂直放大器引入的,当然实际的情况比这个还要复杂,后面还会讲到。
图1 示波器系统组合上升时间那示波器探头和其他的示波器配件到底能引起多大的上升沿的时间变化呢?这就和示波器和探头的带宽息息相关了。
一般的情况下,示波器探头的产家给出3db带宽的指标或者RMS带宽的指标,这些指标决定了示波器在测量时所引入的上升沿的时间误差。
其关系如下:T10—90 =0.338/F3db。
T10—90 =0.36 1 /FRMS。
举一个例子:比如我们现在使用的示波器TDS3052其使用的示波器探头是P6139A其带宽都是500Mhz。
如果使用它来测量一个上升沿为2ns的上升沿的信号,它实测结果将是:Tr scope=0.338/500Mhz=0.676nsTr probe =0.338/500Mhz=0.676nsTr signal= 2ns那么示波器显示的结果将是:Tdisplayed= [0.676(平方)+0.676 (平方)+2 (平方)]开根号=2.217ns同样,如果我们使用另外一台示波器TDS380带宽为400Mhz,其使用的示波器探头的是P6111B,带宽为200Mhz。
示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证

3 结语
总而言之,在当前城市人口越来越多的情况下,对于城市轨道 交通运输也有更高的要求。城市轨道交通中的弱电系统对于城市轨 道交通安全有着非常重要的影响。合理高效的弱电系统能够更好的 提高城市轨道交通的运输能力,保证人们的安全。而弱电系统集成 管理工作就是让弱电系统能够正常运行的重要方法。当前,我国各 城市的城市轨道交通集成管理服务工作正在逐渐发现,相应详细的 服务方法还需要深入研究,进而提出更加合理的服务模式。
由测量方法的原理得被测示波器上升时间Tr的计算公式如下: Tr = 扩展后的实测扫描时间因子×L; Tr—被测示波器上升时间的示值; L—为波形从基本幅度的10%到90%在水平方向所占长度(div)。
装置的A类不确定度为:uA=
=
=1.42(ps)
B类不确定的评定:
9500示波器校准仪脉冲瞬态响应输出的不确定度引入的测量
第 38 卷
数字技术与应用
协调集成方来做好相应的调试准备工作,通过审查系统来对集成方 所提交的相关资料进行核对,对于资料中的各个环节进行具体检 查,确保能够符合合同的相关要求。
对于调试工作来说,分为几个方面。分别是单体调试、系统调 试、综合调试这三方面。其中单体调试就是对单个设备进行运行检 查[4]。而综合调试则是涉及到土建、路线、车辆、信号等等多个环节, 和相关部门的共同配合才能够有效完成,一般情况下是由建设管理 和交通运营公司组织下进行。
第38卷 第4期 第202308年 4卷月
数字技术与应用 数D字ig技it术al与T应ec用hnologyww&
Vol.38 No.4 April 2020
学术论坛
DOI:10.19695/12-1369.2020.04.103
示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证
示波器测量上升时间的动态误差评估(精)

74计量与质量专题学术交流会论文专辑2007年第27卷增刊示波器测量上升时间的动态误差评估杜亮(中国一航空空导弹研究院计量测试中心,河南洛阳471009摘要:就使用示波器进行上升时间测量时,选用不同的带宽、采用率、采样方式、拟合方式及打开通道数目的不同对测量结果所产生的动态误差进行了评估,最后说明了探头、反射、非线性对测试结果的影响。
关键词:上升时间;带宽;采样率;采样方式;拟合方式0 前言在许多测试过程中,评定信号的上升时间是一项基础工作。
系统识别和放大器的大信号特征分析即是典型的例子,当示波器的测试动态范围比测试的信号动态范围宽时,上升时间的测量就变得简单明了。
然而,假如示波器对测量结果的影响不能忽略时,就必须评定其误差。
在实际测试过程中,许多工程师为了减小示波器的动态特性对测量信号的影响,首先考虑的是示波器的带宽,其次是测试过程所带来的误差,如:探头、反射、非线性对测试结果的影响。
1 根据示波器的带宽来评定其动态特性根据示波器的带宽来评定其动态特性,这个经验准则被众多技术人员所采用。
我们经常使用这种经验准则,但对它的有效性没有做进一步的调研,而且隐含的假设条件与实际情况不符,并且基本上是相互矛盾的。
基于此,使用近似准则对上升时间的测量就无法提供有充分根据的误差范围。
从计量学的角度看,上升时间通常从10%到90%来定义,也就是阶跃响应从幅度的10%上升到90%所持续的时间。
一个一阶低通滤波系统LP1,特征频率f1= 1/2=1/(2 T1,带宽为BLP1=f1,它的阶跃响应为u a,LP1(t=1-e- 1t(1阶跃响应的上升时间t r,LP1为t r,LP1=ln91=ln92 B LP10 35B LP1(2如果示波器的动态特性用时域中一个常数T1来衡量,它就可以被描述成一个一阶低通滤波器,可以使用公式(2。
由此可导出示波器的频带宽度和上升时间的转换关系:t r,osc=0 35B osc(3尽管(3式仅仅对一阶低通滤波器有效,但我们将在下面对很多实际系统用略微不同的常数来说明函数关系式(3的有效性。
示波器上升时间计算公式

示波器上升时间计算公式示波器是电子测量中不可或缺的仪器之一,广泛用于电路测试、信号分析、调试和验证等领域。
而示波器上升时间也是一项非常重要的参数,下面就来介绍一下示波器上升时间计算公式及相关知识。
一、什么是示波器上升时间在介绍示波器上升时间计算公式之前,我们先来了解一下什么是示波器上升时间。
示波器上升时间指的是示波器在接收到一个信号后,从0%的电平上升到100%的电平所需的时间。
一般来说,示波器上升时间越短,则说明示波器的响应速度越快,同时也更加适合对高速信号进行观测和分析。
二、示波器上升时间计算公式示波器上升时间计算公式比较简单,其公式为:Up = 0.35/带宽。
其中,Up表示示波器上升时间,单位为秒;带宽表示示波器的带宽,单位为赫兹。
这个公式是根据理论计算得出的,只适用于理想模型,实际使用过程中会受到环境等多种因素的影响,具体数值可能会略有偏差。
三、示波器上升时间的影响因素示波器上升时间的大小受到多种因素的影响,这些因素包括但不限于以下几个方面:1. 示波器内部放大器的增益:放大器增益越高,则示波器上升时间也会越长。
2. 示波器的带宽:示波器带宽越大,则示波器上升时间也会越短。
3. 信号的幅度:信号的幅度越大,则示波器上升时间也会越长。
4. 信号的频率:信号的频率越高,则示波器上升时间也会越长。
以上这些因素的不同组合将会对示波器的测量结果产生不同的影响。
四、如何优化示波器上升时间由于示波器上升时间对信号的响应速度和准确度有很大的影响,因此在实际使用中,优化示波器的上升时间是非常有必要的。
以下是一些优化示波器上升时间的方法:1. 调节示波器内置放大器的增益,使其尽量接近标称值。
2. 尽可能选择带宽更大的示波器。
3. 尽可能使用较小的信号幅度。
4. 减小被测对象频率,避免高频干扰。
以上这些方法可以有效地优化示波器的上升时间,提高其响应速度和准确度,使其更加适合进行高速信号的观测和分析。
五、结语示波器上升时间计算公式及相关知识对于信号测试和分析具有重要的意义。
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摘 要 光 电脉冲法是解决 高速 取样示波 器上升时间校准 问题 的最新技术 。介绍 了用光 电技术校准 取样
示 波 器 上 升 时 间 的工 作 原 理 及 超 短 脉 冲 激 光 产 生 、 速 电 脉 冲 产 生 、 速 电脉 冲校 准 等关 键 技 术 。 快 快
关 键 词 取样示波器
o clo c p t po l cr n c t c n q e , n e c i e h e e h i ue i c u i g t e g n r t n o s ils o e wih o tee to i e h i u s a d d s rb st e k y tc n q s,n l d n h e e a i f o t e u ta f s a e u s t e g n r to ft e u ta—a tee tia le a d t e c lbrto ft e u ta h lr —a tl s rp le,h e e ai n o h lr fs l crc lpu s n h a i ai n o h lr —
J n ,, 0 8 ue 20
Vo , l 28. , No 3
第2 8卷
第 3期
文章 编 号 :0 0—7 0 ( 0 8 3—0 3 10 2 2 2 0 )0 0 1—0 4
文献标识码 : A
光 电技 术 校 准 示 波器 上 升 时 间
马红 梅 邓 明纫 王 公森
( 京 无 线 电 计 量 测 试 研 究 所 , 京 10 3 北 北 0 0 9)
的仪 器 , 目前 取 样 示 波 器 带 宽 可 以 到 达 7 H 0G z甚
示 波器 的 上 升 时 间 和 带 宽 都 是 由输 入 电路 的
特性 决定 的 , 据 理 论 推 导 , 升 时 间 t与 截 止频 根 上 , 率 的关 系 为 t = ,
是 从 时域进 行 … 。
A b t a t Op o lc r n c p le t c n q e s t e l s e s r me tm eh d frc l r tn he rs — sr c t ee to i u s e h i u si h a tm a u e n t o o ai ai g t ie b tme o g p e a p ig o clo c pe Gie h rn i l fc lb a i he rs t e o a ln i fa hih s e d s m l s ils o . v s t e p i c p e o ai r t n ng t ie i fa s mp i g m
。 目前 , 际上 有 四 种 校 准 国
上 升 时 间和 带 宽 的 方 法 , 种 是 从 频 域 进 行 , 种 一 三 扫频法 : 一个 频 率 高于 示 波器 截 止频 率 的扫 用 频 源 , 其信 号输 入 到 示 波 器 , 准示 波 器 的 3d 将 校 B
带 宽 , 种 方法适 合 于 一 般通 用 示 波 器 的校 准 。对 这 于 截止 频 率 高达 7 H 0G z的 宽带 示 波 器 , 就要 求 频
M A ng- i DENG n - e W ANG n - e Ho - me Mi g - n r Go g - n s
Hale Waihona Puke ( ej g Isi t fRa i t lg B in n t ueo do Mer o y& Me srme tB in 0 0 9) i t o a ue n , ej g1 0 3 i
至更 高 的频 率 , 上升 时 间为 5p 左 右 。这 种 宽 带 取 s
样示 波器 的频率 特性 ( 常 是 指 3d 通 B带 宽 ) 过 渡 和 特性 ( 常是 指 阶跃 响 应 的 上 升 时 间 ) 通 的校 准 将 面
率达 到 7 H 0G z的毫 米 波扫 频 源 , 毫米 波扫 频 源 但
S m l gss m( O ) a pi yt E S n e 临严 峻挑 战 。
引 言
脉 冲技术 广 泛应 用 于 当今 的军 事 、 民用 、 信 通
等各 个领 域 , 着 电 子技 术 的 发 展 , 随 窄脉 冲 技 术 已 经进 入 了皮秒 时代 , 秒 量 级波 形 的 测试 成 为 非 常 皮 重要 的 问题 。 取 样示 波 器 是 测 量 窄 脉 冲不 可 缺 少
光 电技术
皮秒脉 冲 电光取样系统 ( O ) E S
Op o lc r n c Te h i u sf r Cai r tn t ee to i c n q e o l a i g b t e Rie i e o a p i cl s o e h s tm fa S m l ng Os i o c p l
f s lc rc lp le a te e ti a u s .
K e r S mp i g o clo c pe Op o l cr ni e h i u s Pio e o d p s El cr — y wo ds a ln s ils o t ee to c tc n q e c s c n ule e to Opt i c
维普资讯
20 0 8年 6月
宇航 计 测技 术
J u n lo to u i too y a d Me s r me t o r a fAsr na tc Me r lg n a u e n 中 图 分 类 号 : 1 7 1 T 91 . P 2 , N 9 3