示波器探头基础知识培训
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并行通信协议解码
针对并行通信协议（如JTAG、GPIO等），提供灵活的解码方案 ，满足复杂系统的调试需求。
自定义协议解码
允许用户自定义通信协议，并提供相应的解码工具，满足特定应 用场景下的协议解析需求。
02
参数设置
在菜单中选择需要设 置的参数，如通道耦 合、阻抗、带宽限制 等。
03
自动设置
示波器可自动识别信 号并进行合适的设置 ，简默 认设置或用户自定义 设置，方便下次使用 。
触发模式选择与调整
边缘触发
适用于周期性信号，通过设定触 发电平和触发极性来稳定显示波 形。
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目录
• 示波器概述 • 示波器基本功能 • 示波器性能指标解析 • 示波器操作指南 • 示波器在电子测量中的应用 • 泰克示波器高级功能介绍
01
示波器概述
Chapter
示波器定义与原理
示波器定义
示波器是一种电子测量仪器，用于观察和测量随时间变化的电压波形。
工作原理
通过将被测信号加在示波器的垂直偏转板上，使光点在屏幕上作垂直方向的移动 ，同时加入与被测信号成一定比例的时间基准信号于水平偏转板上，使光点在屏 幕上沿水平方向按时间间隔移动，从而显示出被测信号的波形。
示波器发展历程
01
02
03
早期示波器
采用机械式扫描方式，结 构复杂且精度低。
模拟示波器
采用电子束扫描方式，提 高了精度和稳定性。
触发条件设置
用户可根据需要设置触发条件，如特定数据、地址或命令等，实现 复杂场景下的精确触发和捕获。
示波器探头基础知识
示波器探头基础知识示波器探头原理---示波器探头工作原理示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。
探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。
这种探头通常对输入信号进行衰减。
我们将首先集中讨论通用无源探头，说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响，接着简单介绍几种专用探头及其附近。
屏蔽示波器探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现，如果我们仅仅使用一普通导线来代替探头，那么它的作用就好象是一根天线，可以从无线电台、荧光灯，电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号，这类噪声甚至还能注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆，示波器探头的屏蔽电缆通过探头尖端的接地线和被测电路连接，从而保证了很好的屏蔽。
一．探头构造图：4. 一个探头，就算它只是简单的一条电线，它也可能是一个很复杂的电路。
a）对于DC 信号( 0 Hz 频率)，探头作为一对导线与一系列电阻，就向一个终端电阻一样。
b) AC 信号的特性变化是因为：电线具有分布电感(L)，电线具有分布电容(C)。
分布电感反作用于AC信号，在信号频率增加时，阻止AC信号通过。
分布电容反作用于AC信号，在信号频率增加时，减小 AC信号电流通过的阻抗。
这些反作用元件(L 和 C )的交互作用，与电阻元件(R)一起，成为随信号频率不同而变化的探头阻抗。
示波器选型（探头技术指标参数的意义）自从示波器问世以来，它一直是最重要，最常见的电子测试仪器之一，由于电子技术的发展，示波器的功能在不断上升完善，其它性能和价格也是五花八门主，其探头也是从单一到复杂。
一。
频宽和示波器一们，探头也具有其允许的有限带宽。
2024版示波器基本理论培训泰克[1]
![2024版示波器基本理论培训泰克[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/59890e2adcccda38376baf1ffc4ffe473368fda5.png)
•示波器概述•示波器基本结构•示波器关键参数解析•示波器测量技术•泰克示波器高级功能介绍•示波器应用实例分析•总结与展望目录01示波器概述示波器定义与原理示波器定义示波器原理早期示波器模拟示波器数字示波器030201示波器发展历程泰克示波器特点与优势高性能多样化功能易用性可靠性02示波器基本结构输入通道与耦合方式输入通道示波器的输入通道是信号进入示波器的第一站，它负责接收并处理待测信号。
输入通道通常包括衰减器、阻抗匹配网络等部分，以确保信号的准确传输和测量。
耦合方式示波器的耦合方式主要有交流耦合和直流耦合两种。
交流耦合可以隔离输入信号的直流分量，只显示交流信号；而直流耦合则能同时显示输入信号的交流和直流分量。
触发系统与扫描电路触发系统扫描电路放大电路与显示系统放大电路放大电路是示波器的重要组成部分，它负责将输入信号放大到足够的幅度，以便在显示屏上清晰显示。
放大电路通常包括多级放大器，以提供足够的放大倍数和带宽。
显示系统显示系统是示波器的输出部分，它负责将放大后的信号转换为可见的图像或波形。
显示系统通常包括显示屏、驱动电路等部分，其中显示屏可以是液晶显示屏或阴极射线管等类型。
03示波器关键参数解析带宽与上升时间带宽上升时间上升时间是指信号从10%到90%幅度所需的时间。
示波器的上升时间应该比被测信号的上升时间快3-5倍，以确保准确捕捉信号的细节。
采样率与存储深度采样率存储深度垂直分辨率与灵敏度垂直分辨率灵敏度04示波器测量技术利用示波器的垂直系统，通过调整垂直灵敏度和偏移量，可以准确测量信号的幅度。
同时，利用示波器的自动测量功能，可以快速获取信号的峰峰值、有效值等幅度参数。
时间测量利用示波器的水平系统，通过调整时基和触发延迟，可以准确测量信号的时间参数。
示波器的时间测量功能包括周期、频率、上升时间、下降时间等。
幅度测量幅度测量与时间测量VS频率测量与相位测量频率测量相位测量噪声测量与失真测量噪声测量失真测量05泰克示波器高级功能介绍串行总线触发与解码功能串行总线触发泰克示波器支持多种串行总线触发，如I2C、SPI、UART等，可精确捕获串行通信信号，方便用户进行调试和分析。
示波器探头的基本知识
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P&C SBG Peripherals SBU
Leabharlann 第三, 信號源的幅度(最大,最小值) 信號源的幅度考慮也非常重要, 用很大量程的探 頭來測試小信號,一是精確度 的考慮,二是大才小用, 如果信號源的幅度很大,超 過了探頭的承受能力,就會 損壞探頭. 第四 物理連接考慮因素 1.方便連接 2.安全方面考慮 3.連接線太長會引入干擾
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P&C SBG Peripherals SBU
7.CMRR(共模抑制比): 這個參數是指差分探頭的一個最重 要的指標. CMRR會隨頻率的提高而下降. CMRR=Ad(差分信號電壓增益)/Ac(共模信號電壓增益)
8. 傳播延遲: 傳播延遲是探頭器件及信號通過這些器件從 探針傳送到示波器連器所需要時間的函數.通常情況傳播延 遲是由於探頭的電纜導致的.
P&C SBG Peripherals SBU
3)該探頭的量程是 DC15A current 和 50A peak pulse current. 這個量程在我們的測試中很容易突破,所以需要非 常小心.用該探頭測試輸入電流時,一般在正常工作時其電流 是不會超過15A的,但在開機的瞬間,inrush current會遠遠 高于50A, 達到200多A,甚至超過300A. 所以在做這樣的測 試時需要先將探頭取下,待電源工作穩定以後再加入探頭.
P&C SBG Peripherals SBU
2)無源探頭的地線是同示波器的大地連接在一起的. 示 波器廠商設計該類探頭就只是用于測試以大地為參考點 的信號,不能測試電源一次側的信號.雖然我們的示波器 都是把地線剪掉了的,這就相當于示波器變成了一個浮 地的設備,變得可以測試一次側的信號,但是從準確性,安 全性方面來說都是欠妥的.在我們部門出現過用10X電 壓探棒測試二次側電壓跟100X電壓探棒測試輸入AC電 壓,結果把100X電壓探棒的接地線瞬間燒斷的事故.如果 需要同時監測一次,二次側的信號的情況,一次側請用差 分探棒. 3)探頭在使用的過程中要注意輕拿輕放,因為10X探棒的 接地線比較細,非常容易折斷.
示波器探头基础知识培训
TekProbeTM 探头接口
TekProbeTM 探头接口
基于BNC的探头接口形式 泰克在80年代中期发明 提供有源探头的供电 提供探头倍率的自动识别 提供探头类型的自动识别 提供工程单位的显示 理论上最好的BNC系统的带宽是4GHz
C2 = low frequency compensation. Scope input C varies.
系统的带宽
系统的上升时间 tr(10%~90%) tr(System)=√tr(scope)2+tr(probe)2
系统的带宽
BW(-3dB)
1
BW(SYSTEM)=
√(1
)2 + ( 1
f0 =
1
2 p (RC||RP)(CC+CP)
NOTE: Vcc is an AC Ground
探头对被测点的影响
例如：Rc＝10K Re＝10 Cc= 100pF
Rp＝1M Cp=20pF
原电路增益和截止频率： 增益＝ 1000 截止频率 ＝ 1/2 *p*10k *100pF=160KHz
等效阻抗
标准附件
与各种电路连接的附件
探头附件
泰克的无源探头家族
1X无源探头 － P6101B 通用无源探头－10X，1 MΩ 输入阻抗
P3010 • P6103B • P6109B • P6111B • P6112 • P6114B • P6117 高性能无源探头－ 10X读出，10 MΩ 输入阻抗
探测小尺寸电路
当今的小 尺寸/表面 贴封电路 已经非常 普及
各种探头附件应 对小尺寸电路
各种探头附件应对小尺寸电路
无源探头选型考虑的因素
示波器基础培训
在考虑示波器的带宽时，探头的带宽也同样要考虑
26
COMPANY RESTRICTED
带宽标准
数字技术与I/O接口技术
Logic Family TTL
Typical Signal Rise Time
2 ns
Calculated Signal Bandwidth 175 MHz
CMOS
1.5 ns
230 MHz
LVDS
400 ps
875 MHz
ECL
100 ps
3.5 GHz
Oscilloscope Bandwidth Requirement 525 - 875 MHz 690 - 1150 MHz
2625 - 4375 MHz 10.5 - 17.5 GHz
Interface I2C
Oscilloscope Bandwidth Requirement
决定了水平时间分辨率和用 于分析的最长时间
通道数量
带宽
Vertical system
Amp
采样率
ADC
同时查看波形的通 道数量
Trigger System
触发
每个通道具备一套垂直系统 和ADC
存储深度
Acquisition Processing
Memory
Postprocessing
Display
21
ADC
+-
X∕
Memory
Trigger System
Post- Mask process FFT
Display
约束
相比于逻辑分析仪，数字通道数量有限 分析功能受限于仪表的后处理能力
ı 应用
用于调测状态机和与模拟信号的比较 在模拟通道上可以用复杂的数字状态来设置触发
2024年度示波器探头基础入门指南(上)
05
示波器探头使用注意事项
2024/3/24
21
正确连接示波器与探头
确保示波器与探头之间的接口匹配，避免使用不合适的 转接器或适配器。
将探头的接地夹连接到被测电路的接地端，确保测量的 准确性和安全性。
在连接探头前，确保示波器和探头均已关闭电源，以防 止电气冲击。
拧紧探头与示波器之间的连接螺丝，确保接触良好，避 免信号失真或噪声干扰。
2024/3/24
1. 提取电路中的信号
3. 提供适当的阻抗匹配，以减小 信号失真和反射
4
种类与特点
种类
1. 无源探头
2. 有源探头
2024/3/24
5
种类与特点
3. 差分探头
4. 电流探头
特点
2024/3/24
6
种类与特点
01
02
03
04
无源探头
简单、低成本，但带宽和负载 效应有限。
有源探头
带宽限制
探头的带宽是指其能够准确传输信号的最高频率。在选择探头时，需要根据被测信号的频 率范围选择合适的带宽，以确保信号的准确传输。
11
探头对地电容影响
对地电容的定义
探头对地电容是指探头与地之间的等效电容。这个电容会对被测电路产生影响，尤其是在高频信号测量中。
2024/3/24
对地电容的影响
对地电容会与被测电路中的其他元件形成谐振回路，导致信号失真或产生振荡。此外，对地电容还会引入额外的噪声 和干扰，影响测量结果的准确性。
频率响应
频率响应描述了探头在不同频率下的 幅度和相位特性。理想的探头应具有 平坦的频率响应，即在不同频率下具 有相同的幅度和相位特性。
2024/3/24
示波器培训(经典)
200M带宽
-3dB
70.7%
10M带宽
正确 失真
第二章：指标与功能-示波器主要指标
带宽对波形的影响
示波器所显示的波形
例：测量10.5MHz的方波
150MHz带宽限制的情况 下的显示结果
在20MHz带宽限制的情况 下的显示
第二章：指标与功能-示波器主要指标
示波器的带宽限制功能
• 大多数示波器中存在限制示波器带宽的电路。限制带宽后， 可以减少显示波形中不时出现的噪声，显示的波形会显得 更为清晰。请注意，在消除噪声的同时，带宽限制同样会 减少或消除高频信号成分。
•
11、没有竞争的地方表示没有市场。21.9.2623:51:2123:51Sep-2126-Sep-21
•
12、为了能拟定目标和方针，一个管理者必须对公司内部作业情况以及外在市场环境相当了解才行。23:51:2123:51:2123:51Sunday, September 26, 2021
13、不要只看塔尖，二三线市场比一线的更大。21.9.2621.9.2623:51:2123:51:21September 26, 2021
第二章：指标与功能-示波器主要指标
数字滤波幅频特性
① 低通
-3dB
② 高通
-3dB
频率上限
Hale Waihona Puke ③ 带通 频率下限-3dB
④ 带阻
频率下限 频率上限
-3dB
频率下限 频率上限
频率上限
频率下限
…..
频率上限 频率下限
频率上限
频率下限
…..
第二章：指标与功能-示波器主要指标
带宽与上升时间
• 上升时间通常定义为信号从上升跳变沿的10％到90％的时间长度。
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(Impedance probes, C2 is adjustable. In others, C1 is adjustable.)
10:1高阻无源探头
优点 高输入电阻 宽动态范围 价格便宜 坚固耐用 输入电容小于 C vs 1X Probe
缺点 高输入电容C 与50欧姆系统不兼容 必须经过补偿
探测小尺寸电路
当今的小 尺寸/表面 贴封电路 已经非常 普及
各种探头附件应 对小尺寸电路
各种探头附件应对小尺寸电路
无源探头选型考虑的因素
示波器
带宽：
探头带宽大于等于示波器带宽
输入电容
探头电容补偿范围必须覆盖示波器的输入阻抗 例如：P5050
倍率读出支持
自动读出衰减倍率，直接得到实际数值
负载效应
P6131 • P6133 • P6134C • P6136 • P6137 • P6138A • P6139A •
P5050
模块化无源探头 P6105A • P6106A
缓冲放大无源探头 － P6339A 小尺寸电路探头 － P6563A 1X和10X切换无源探头 - P2200 THS700专用探头 - P5102
1
2 p (RC||RP)(CC+CP)
NOTE: Vcc is an AC Ground
探头对被测点的影响
例如：Rc＝10K Re＝10 Cc= 100pF
Rp＝1M Cp=20pF
原电路增益和截止频率： 增益＝ 1000 截止频率 ＝ 1/2 *p*10k *100pF=160KHz
接入探头后的增益和截止频率： 增益 ＝ 991 截止频率＝ 1/2 *p*9.91k *120pF=134KHz
泰克示波器基础知识培训
培训课程–2
示波器的探头技术
示波器探头技术及应用
示波器
探头 DUT
什么是探头？
在仪器与待测电路之间联结的导体，可能是： 一段导线 一个表笔 电缆 传感器，变送器 探头。。。
探头的定义： 用以从待测电路获取最小的能量，并以最大的信号保真度传送至
测量仪器的设备。
探头如何影响测量
1:1无源探头 (导线)
6 feet
探头端
地线
探头电缆 8 - 10 pF/ft*
1 M
优点:
1X (无衰减) 价格便宜
1.5 ns/ft
SCOPE
缺点:
端接
非端接
输入阻抗很低
- 非常高的反射
- 非常高的输入电容
* 典型的导线探头：高校实验室 的鳄鱼夹
- 低的带宽
20 pF
低阻匹配探头
450
CABLE
脉冲阶跃响应 频率响应曲线
各种应用环境
通用电子与通讯研究
•高速 •低信噪比 •精确/信号重现 •低负载 •先进的触发能力
基础研究
•复杂信号 • 不确定事件 •低信噪比 •分析 •先进的触发 •数据资料
电力电子研究
•安全 •高电压/电流 •瞬时功率 •间隙事件
–毛刺,尖峰脉冲
•谐波测量,分析 • 慢信号
示波器是50 还是1M 输入阻抗
无源探头选型考虑的因素
应用
电路设计 维修 生产
测量的信号
探头对电路的负载效应 信号上升时间 信号峰值 信号幅度
无源探头选型考虑的因素
物理连接
探头尺寸 探头尖尺寸 环境因素
典型的探头
Type
1X Passive Probe
Bandwidth Rise Time Input C 15 MHZ 23 ns 100 pF
• 直接读出 • 安培和瓦
• 低噪声
• 安全的浮地测量 • 最小电路 • 影响
• 匹配示波器
• 直接读 出光功 率mW
探头的类型
电压
逻辑
电流 温度 光电
无源
有源
无源 有源
无源 有源
低阻 高阻 差分
差分
AC DC
无源电压探头
电压探头
理想的电压探头
cable
Rin = Cin = 0
理想的探头将不影响信号的测量
–长周期
•报告生成
先进的数字和模拟设计
•高速 •不常见的异常事件 •密集的时序容限 •精确/信号重现 •低负载 •先进的触发
–毛刺,幅度异常,亚稳态
集成测量环境 - 探头是仪器
Amps Watts Volts
A
uV
KV
FET
10X
O/E
直接读出 小信号差分测量 高压差分测量 高阻，低负载 高性能无源探头 光电转换器 电流数值
0.5 pF
50
GROUND
SCOPE
由于电缆被它的特性阻抗终端, 输入端可看成50 , no L or C.
不需要补偿 0.5 pF 电容是一个加速电容用于补偿电缆的集肤效应
(skin-effect).
低阻匹配探头
• 优点
- 低输入电容C - 带宽高 - 加端接后与 50 和 1 M 兼容 - 无须补偿
典型的10：1无源探头 － P6139A
无源电压探头重要指标
带宽随电压等级提 高而降低
无源电压探头重要指标
等效阻抗
标准附件
与各种电路连接的附件
探头附件
泰克的无源探头家族
1X无源探头 － P6101B 通用无源探头－10X，1 MΩ 输入阻抗
P3010 • P6103B • P6109B • P6111B • P6112 • P6114B • P6117 高性能无源探头－ 10X读出，10 MΩ 输入阻抗
带宽无限 零输入电容 无穷大输入电阻 无限动态范围 衰减为 1 零延时 零相移 机械尺寸与待测点十分吻合
电压探头的等效电路
探头对被测点的影响
Cc VIN
Vcc
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Rc
PROBE
RP
CP
RE
不加探头
Gain = - RC
RE
f0 = 1
加探头
2 p RCCC
Gain = -(RC||RP) RE
f0 =
Input R 1M
10X Passive 100 MHZ - 3.5 ns - 8 pF -
Probe
500 MHZ 700 ps 13 pF
10 M
Z0 Passive Probe
3 GHZ 9 GHZ
120 ps - 0.15 pF - 500 40 ps 1 pF
Active Probe 750 MHZ - 4.6 ns - 0.4 pF - 100 k -
- 缺点
- 输入电阻低 R - 必须端接 50
- 典型的低阻匹配探头
- P6150
10:1 高阻无源探头
C1 8 pF to 12 pF R1 9 M
GROUND
CABLE
SCOPE
R2 500
C3 20 pF
C2 7-50 pF
R3 1 M
电缆衰减引起的反射. R2C2 + SCOPE 对电缆来说不是理想的终端.