示波器基础知识

示波器基础知识
2005－05－23
示波器基础知识
示波器的技术概念 示波器基本功能和应用
使用示波器的注意事项
示波器能做什么?
示波器是显示信号波形的设备，显示的是信号的电压随着时间的 变化，利用示波器，你可以做到：

看到一个信号的时间和电压的值； 计算周期信号的频率(Frequency)； 知道信号的上升沿和下降沿的情况(单调性）； 知道信号的过冲情况（Overshoot, Undershoot)； 知道信号的振铃（Ringback) 知道信号的噪音情况(noise)；
应用二： 从通道1输入的信号的上升时间是不是长于300ns？？ 触发类型：脉冲(pulse) 触发方式: 斜率（Slew Rate） 触发源：通道1(ch1)
极性（Polarity）：上升沿
Trigger When：设为快于，并调节上升时间为300ns Thresholds：从0.5V上升到4.5V（是+5V电平逻辑）
应用三： 某一个高电平上有许多负脉冲，脉冲宽度分布在极宽的范围内，我想利用宽度 位于9s与9.5s之间的负脉冲进行触发，怎么办？？ 触发类型：脉冲 触发方式：宽度（Width） 触发源：对应的通道 极性：负 Trigger When：设置宽度下限为9s、上限为9.5s，并且是在该范围内触发 Level：调到合适的值
带宽和上升时间 采样率




采样率
记录长度 波形捕获率Leabharlann 探头能力（保证信号不失真的
输入示波器)
例如：把100M带宽示波器输入100M 1V 正弦波观察到的将是100M 0.707V的波形。
示波器的探头

要测试，示波器就少不了探头，探头四个主要的指标为带宽、
输入电阻、输入电容和衰减倍数。我们最常用的探头是测试电压 波形的有源探头和无源探头。
4. 探头的笔头与接地线之间形成的环路（不是指前面的地环路） 越小越好，以防止外部电磁场在该环路内产生感应电压。 5. 探头里的微调电容是对特定的示波器调定的，各台示波器的CI 值一般都不相同，所以探头一般不能互换，否则信号会引入畸变。 6. 通过选择低阻抗测试点，可以使探头负载效应最小化。通常阴 极、射极和源极比阳极、集电极和漏极更适合于做测试点。
multiply 以及 Differentiation ， Integration 等功能，满足我们各种波形运算 的需求。例如我们那可以通过把原始测试波形减去地噪声来得到干净的数 字波形，以方便各种分析；或者在没有差分探头的情况下通过两个通道求 差来测试差分信号等。
测试统计读数功能
具有Measurement 或者Min/Max值。
的长度。
应用中应该注意的问题
1 、针对具体的应用，组成的示波器测量系统必须提供合适的上升时间和带 宽。为了进行精确的幅度测量，测量系统的上升时间应比被测信号的上升 时间快三到五倍。
用户必须知道非正弦信号包含许多远高于信号基本频率的成分。例如，测
量100MHz方波时，为了包含四次谐波要求测量系统具有400MHz的带宽。 2、测量时探头的接地点一定要搭接，在使用两个探头测量时不应该只接一个 探头的地，并且使用尽可能短的地线以使地线的影响最小化。 3、各个接地点（如A点和C点）之间由于地电流（这个地电流可自直流直至特 高频）流通而处于不同电位。因此测量时应该就近接地。
应用四： 某一信号上有很多由不同原因引起的脉冲，脉冲幅度分布在0~5V范围内，我想利用 幅度落在3~3.5V范围内并且宽度大于10ns的脉冲进行触发，怎么办？？ 触发类型：脉冲
触发方式：幅度异常（Runt）
触发源： 对应的通道 极性： 正
Threshold：设置幅度下限为3V、上限为3.5V Trigger When：设置Runt is Wider than 10ns
应用五： 我想知道在ch4时钟的上升沿处，有没有ch1为+5V、ch2为+5V、ch3为0V的情况出现？？ 触发类型：Logic 触发方式：State Define Inputs：前三个通道的定义分别为H、H、L第四个定义为上升沿 Define Logic： 定义为AND Trigger When：设置为Goes TRUE（输出为1时触发） Set Thresholds：设置为相应的电平阈值
应用六：
我想看到某块单板上电期间，其上电源的暂态波形（假设电源为+5V的） 进入单次触发模式 调节触发电平到0~5V之间的某个值。（当然不能低到让噪声电平触发） 按一下RUN/STOP 加电。 *暂态过程一般很长，为了将很长的这个过程捕捉到，可以利用前面提到的长记录 长度功能。
只需在加电前进入HORIZONTAL MENU，再进入Record Length项选择波形记录

探头1：无源探头P6139，500M带宽，10M欧姆输入电阻，8pF 输入电容，10倍衰减，地线比较长，加上夹子大约13cm；

探头 2 ：有源探头 P6245 ， 1.5GHz 带宽， 1M 欧姆输入电阻， 1pF输入电容，10倍衰减，短地线，长约3cm）。
无源探头P6139的测试波形图
有源探头P6245的测试波形图
它的输入电压范围比较小。比如有源探头P6245的带宽为
1.5GHz，它的输入电压范围仅为±40V，而500MHz带宽的无源 探头P6139A的最大输入电压为300V。

探头特别是有源探头，都需要校准的。一般是利用示波器提供标 准的1kHz的信号来校准。
在测试时，我们尽量要使用短的地线和带宽高的有源探头。 下面是同一个时钟，使用两个不同的探头做比较的结果。 示波器： TEK的TDS580C，1GHz带宽，4GHz采样速率。

通常来说带宽高的探头，它的输入阻抗普遍要低。比如同样是有
源探头的P6204和P6249，带宽分别为1GHz和4GHz，它们的输 入输入阻抗分别为10M欧姆和20k欧姆。需要注意的是，阻抗会 随着输入信号的频率而变化，比如随着频率的升高而减低，它不 是一个恒定的数值。

输入电压比较高的探头，它的带宽也低，反之，带宽高的探头，
2) 其中屏幕上半段显示放大后的波形；下半段显示未被放大的波形，并且采样一 个方框（或两个方框，即DUAL ZOOM模式）来指示当前被放大的波形区域。 3) 可以使用HORIZ和VERT面板键来扩大、缩小以及移动方框的位置，对测试波形 进行任意缩放显示。
波形数学运算功能
泰 克 示 波 器 提 供 了 对 所 测 试 波 形 的 FFT, invert, add, subtract, divide,
~~The
End~~
工作中的波形测量应用
应用一： 我想知道从通道2输入的数字信号上有没有宽度窄于50ns并且幅度超过1.2V 的正极性毛刺？？ 触发类型（Type）：脉冲（Pulse） 触发方式（Class）：毛刺（Glitch）
触发源（Source）：通道2（ch2）
极性与宽度（Polarity & Width）：极性设为正（Positive），宽度值调定 为50ns 毛刺（Glitch）：设置为Accept 触发电平（Level）： 调节到1.2V 注意时间和幅度坐标打到合适的档位。 在以上的设置环境下，系统将捕捉到满足触发条件的毛刺。
7、在利用示波器的不同通道进行时间或相位一致性测量时，还必 须考虑不同探头时间延迟的差异。 8、必须注意区分由一些外界辐射或者是探头接触不好而引起的错 误波形显示。 9、示波器不是辐射测量仪器，在辐射很强的环境中误差可能极为 严重。 10、差分探头共有三个夹子，两个连到被测信号，第三个起保护 作用，使用时接到电路中的地。差分探头上有一个切换开关 （1/10）分别使输入信号不变和衰减10倍。10（衰减10倍） 时，测量的信号范围比 1 时大十倍，但因为要经过衰减电路， 波形失真要大一些。
从两个波形看出，无源探头加长地线的结果是有比较大的过冲，并有轻微的振荡。另外由于反射波的 原因，造成上升沿变陡。因此如果要得到比较准确的波形，最好选用带宽高、输入电容低的有源探 头，并使用短地线，如果图方便使用长地线，只会带来更大的误差。

波形放大镜－ZOOM功能
preview 模式。
1) 示 波 器 可 以 在 屏 幕 上 同 时 显 示 放 大 波 形 与 未 放 大 波 形 ， 这 被 称 之 为 zoom
Statistics功能，测试统计可以选择显示平均 /标准方差
示波器的触发

边沿Edge 触发


脉冲Pulse 触发
逻辑Logic 触发 单次Single 触发

延时Delay触发
边沿触发
边沿触发是用得最多的触发方式，它使波形在上升或下降沿的某一个 电平位置被触发。
说明：我们一般先用边沿触发方式观察信号情况，发现有问题时再 根据实际情况选用其它的触发方式
脉冲触发方式有以下分类：
⑴ 捕捉毛刺－－Glitch触发
⑵ 捕捉幅度异常信号－－Runt触发
(3) 捕捉宽度异常信号－－Width触发
(4) 检查边沿跳变速度－－Slew Rate触发
上面几种触发，在测试总线和控制信号的异常情况方面，比较有用。 单次触发 单次触发并非一个独立的触发方式，它和其他方式一起使用，只是其 他方式可以进行多次的触发，而单次触发只会触发一次就停止了，并 将信号显示出来，比如对于上电的电压上升的情况 、捕获很少出现的 脉冲毛刺等比较有用。


知道信号是否有毛刺(glitch)；
知道信号间的时序关系(sequence)；
在示波器的屏幕中，横坐标（X）代表时间，纵坐标（Z）代表电压的幅度，另 外还有一维，是比较少关注的，就是亮度（Z），现在TEK的DPO示波器中， 这个亮度还表示了出现概率（它用了16阶灰度来表示出现的概率）。
示波器的技术概念