示波器通道时延偏差校准与时基误差估计
DPO7000 系列 数字示波器 性能校验说明书
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⚫正确连接与断开。
在探头连接到被测量电路之前，请先将探头连接示波器；在探头与示波器断开之前，请先将探头和被测电路断开。
⚫将产品接地。
为避免电击，本产品通过电源线的接地导体接地，接地导体必须与地相连在连接本产品的输入或输出端前，请务必将本产品正确接地。
⚫正确连接探头。
探头地线与地电势相同请勿将地线连接到高电压上。
⚫查看所有终端额定值。
为避免起火或过大电流的冲击，请查看产品上所有的额定值和标记说明。
请在连接产品前查阅产品手册以了解额定值的详细信息。
⚫请勿开盖操作。
外盖或面板打开时请勿运行本产品。
⚫避免电路外露。
电源接通后请勿接触外露的接头和元件。
⚫怀疑产品出现故障时，请勿进行操作。
如果您怀疑此产品已被损坏，可请合格的维修人员进行检查。
示波器探头校准方法
2. AC校准 测试高速信号的高性能示波器，由于带宽非常宽，很难保证带内幅频和相频 响应绝对平坦。为了提高测量精度，就需要校准带内的频率响应，使示波器 和探头测试系统在全部带宽内，不同频点具有一致的幅度和频率响应。DC校 准不能修正频率响应。探头AC校准方法，是使用网络分析仪测试有源探头放 大器的S参数，通过测试每个频点的损耗，修正探头频率响应。示波器厂商在 出厂时会测试每只探头放大器的S参数并存储在探头内部的存储器中，用户使 用探头时，示波器读取探头S参数做AC校准。
示波器的探头校准方法 在示波器的应用场合中，除了有些RF或高速数字的场合用电缆直接测量以外， 很多板上的调试工作都是借助探头完成的。探头是示波器测量系统的一部分， 很多高带宽的探头都必须是有源探头，有源探头内部的有源放大器的的增益 和偏置随着温度或者时间老化可能会有漂移，为了补偿这种漂移，就需要定 期对探头进行校准。
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使用网络分析仪测试S参数的过程非常复杂，不适用于现场环境使用。目前 Agilent基于磷化铟材料的示波器自身可以提供小于15ps上升沿的信号做为校准 源，由于快速的上升沿包含了足够的高频成份，所以以快沿信号做校准源是 合理和可行的。（传统的高速示波器虽然也有快沿输出，但其上升沿通常在 几十ps甚至更缓，所以主要用于时延校准，而不足以进行精确的频响校准。）
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3. 用户现场AC校准 上述探头AC校准过程，使用厂商出厂提供的固定S参数做校准，无法充分考虑 到探头连接附件在不同实际情况下的损耗。实际上，用户的使用环境差异很 大，如不同的探头连接前端长度。对于几十GHz带宽示波器与探头，根据用户 使用环境和测试附件进行AC校准非常必要。
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
示波器探头应用及测量结果误差分析
示波器探头应用及测量结果误差分析作者：刘洋来源：《电子技术与软件工程》2015年第15期摘要本文首先介绍了示波器探头的定义和工作原理，并详细讨论探头在实际测试中的应用及对电路的影响，进一步总结了探头使用时的注意事项。
通过对示波器/探头系统的上升时间的误差分析，对实际测试中探头的选择给出了一定的建议。
与示波器和被测电路都匹配良好的探头，才是测量选用的最佳探头，才可以最大限度保证被测信号的完整性以及满足测量精度的要求。
【关键词】示波器探头阻抗匹配上升时间1 概述示波器是一种测量电信号综合特性的电子仪器，利用它不但可以观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，也可以观察信号的周期、频率和相位。
由于示波器具有响应速度快、工作频带宽的特点，所以它在脉冲波形参数测量方面具有不可替代的作用。
而示波器探头是连接被测电路与示波器输入端的辅助测量设备，其对测量结果的准确性以及正确性具有至关重要的作用。
因此，示波器探头是测量系统的重要组成部分。
2 探头的定义及工作原理示波器探头是连接信号源与示波器输入端的某种设备或网络，其目的是通过建立信号源与示波器之间的物理和电子连接，提供更为方便优质的测试通道，以达到最大程度保证被测信号的完整性和正确性的要求。
示波器探头有很多种类，根据使用功能特点可分为电压探头和电流探头；根据电路组成原理可分为有源探头和无源探头。
在实际使用中，最常见最广泛的就是无源探头[2]。
无源探头由导线和连接器制成，不含有源器件（晶体管或放大器），因此不需为探头供电。
在需要补偿或衰减时，还包括电阻器和电容器。
无源电压探头的结构形式是电阻分压电容补偿的电路，这样的结构不仅能扩展工作频带宽度，而且其分压电阻扩展了示波器的量程，图1所示为探头RC补偿电路。
这样，探头具有较大的过载能力，而且可以工作到比较高的频率。
3 探头的使用及注意事项3.1 负载效应当探头加载到被测电路上，探头成为被测电路的一部分，探头的输入阻抗相对于被测电路形成额外负载，反作用于被测电路，对稳定的被测信号造成干扰，致使被测信号发生变化。
示波器如何校正波器校准步骤
示波器如何校正波器校准步骤示波器是一种用来测量电压信号的仪器，对于正确的测量结果，需要经过校准。
下面是示波器校准的一般步骤。
1.准备工作：首先要确认示波器所使用的校准源是可靠和准确的，如使用校准针尖（calibration probe）或校准信号发生器。
检查校准源是否处于良好工作状态。
2.调整垂直设置：将示波器连接到校准源上，调整垂直放大或灵敏度控制器，直到显示上下间距与校准源信号的幅度一致。
确保示波器的垂直放大倍数或灵敏度与校准源信号的幅度一致。
3.调整水平设置：将示波器的水平控制旋钮调整到合适的位置，用以实现正确的时间测量。
可以使用校准信号观察到示波器的显示并调节水平设置直到显示波形与已知频率文书的时间基准一致。
4.调整触发设置：通过校准源发送测试信号，观察触发灵敏度和触发源设置是否正确。
调整触发灵敏度控制以确保示波器能够稳定地锁定信号的起始位置。
5.校准电压测量：配置示波器为测量信号的峰值或平均值。
发送各种已知电压的波形到示波器上，观察示波器的读数并与测试信号源进行比较。
使用校准功能或调整电压偏移量来准确测量电压。
6.校准频率测量：发送各种已知频率的方波或脉冲信号到示波器，观察示波器的频率读数并与测试信号源进行比较。
调整示波器设置或使用校准功能来准确测量频率。
7.校准时间测量：使用已知稳定频率的信号源，将示波器配置为测量时间间隔或脉冲宽度。
观察示波器的时间读数并与测试信号源进行比较。
调整示波器设置或使用校准功能来准确测量时间。
8.其它校准：根据示波器的功能，进行其它可能的校准，如校准示波器的垂直偏移、水平偏移、频谱分析等等。
9.校准记录和认证：在完成校准过程后，应记录校准数据及结果，并得到相关部门的认证或授权。
校准记录是示波器维护和使用过程中的重要参考资料，同时也是符合相关质量认证要求的必要文件。
示波器的校准过程可以保证测量的准确性，并提供可靠的测量结果。
为了确保示波器的准确性，建议定期对示波器进行校准，并根据需要进行校准调整。
用示波器测量两个电压时间差的方法
用示波器测量两个电压时间差的方法示波器是一种常用的电子测量仪器，可以用于测量和显示电压、电流等信号的波形和参数。
在实际应用中，有时需要测量两个电压信号之间的时间差，以确定它们的相位差或信号传播延迟。
下面将介绍一种基于示波器的方法来测量两个电压信号的时间差。
我们需要准备好示波器和被测电路。
示波器的选择应根据被测信号的频率范围、波形形状和精度要求来确定。
被测电路可以是两个电压源之间的差分信号，也可以是两个电压信号的输出端口。
确保被测信号的幅值适中，以避免信号过大或过小导致的测量误差。
接下来，将被测信号分别连接到示波器的两个通道上。
示波器通常有多个通道，可以同时测量多个信号。
通过选择合适的通道和设置相应的测量参数，可以实现对两个电压信号的同时测量。
在示波器上，我们可以选择合适的触发方式来确保测量的准确性。
触发方式可以是边沿触发、脉冲触发或视频触发等。
通过调整触发电平和触发沿的选择，可以实现对被测信号的稳定触发，并确保测量结果的可靠性。
在示波器上，我们可以选择时间基准和水平控制参数来调整波形的显示和测量。
时间基准可以选择自动或手动方式，以适应不同的测量需求。
水平控制参数可以用于调整波形的显示位置和大小，以便更清晰地观察和测量信号。
在示波器上，我们可以选择合适的测量功能来获取两个电压信号的时间差。
示波器通常提供多种测量选项，如峰峰值、平均值、周期、占空比等。
通过选择时间差测量功能，并指定两个信号的特征点，如上升沿、下降沿或零点，示波器可以自动计算出两个信号之间的时间差。
在进行测量时，需要注意示波器的采样率和触发延迟。
采样率决定了示波器对信号进行采样的速度和精度，过低的采样率可能导致测量误差。
触发延迟是触发信号与被测信号之间的时间差，需要在测量结果中进行补偿，以获得准确的时间差值。
我们可以通过示波器上的显示功能来观察和记录测量结果。
示波器通常提供多种显示模式，如时域显示、频域显示和矢量显示等。
通过选择合适的显示模式和调整显示参数，可以清晰地显示两个信号的波形和测量结果。
示波器的时序分析和延时测量方法
示波器的时序分析和延时测量方法示波器是电子测试仪器中常见且常用的一种，用于观察和分析电信号的波形。
除了可以测量电压、频率等基本参数外，示波器还具备时序分析和延时测量的功能，可以帮助工程师深入分析信号的时间特性和延时现象。
本文将介绍示波器的时序分析和延时测量方法。
一、时序分析时序分析是通过示波器观察和分析信号的时序关系，包括信号的上升时间、下降时间、脉宽等参数。
时序分析对于判断信号的稳定性、时序性等有着重要作用。
1. 建立测量通道：首先，在示波器上建立测量通道，选择合适的探头，并连接待测信号源和示波器。
2. 设置触发条件：根据待测信号的波形特点，设置触发条件，确保示波器可以成功触发并捕捉到关键的时刻。
3. 调整水平和时间尺度：根据观察需求，调整示波器的水平和时间尺度，以确保所测量的波形能够清晰显示并适合进行时序分析。
4. 选择测量参数：根据需要测量的时序参数，选择相应的测量工具或功能。
常见的时序测量参数有上升时间、下降时间、脉宽等。
5. 进行测量：根据示波器上的测量功能或工具，对待测信号进行测量。
示波器会自动计算并显示出所选参数的数值。
二、延时测量延时测量是指测量信号在不同路径间传播所需的时间差。
在电路设计、通信系统等领域中，延时测量是一项重要的工作，可以帮助工程师了解信号在不同部件间传播的延时情况。
1. 设置参考信号：首先，确定一个参考信号，在示波器上建立一个稳定的、重复的信号作为参考。
2. 设置触发条件：根据所需测量的延时路径，设置示波器的触发条件。
例如，如果需要测量延时路径为两个电缆的传播时间差，可以设置示波器在接收到参考信号后触发。
3. 连接待测信号源：连接待测信号源至示波器，并调整触发级别，使待测信号能够成功触发示波器并捕捉到关键时刻。
4. 计算延时：示波器会自动计算并显示出参考信号和待测信号的延时时间差。
通过对示波器的设置和测量结果的分析，可以得到所需的延时测量信息。
总结示波器的时序分析和延时测量方法是工程师在进行信号分析和电路设计时常用的手段。
示波器校准仪操作说明
程控示波器校准仪手动操作规程概述一．程控示波器校准仪前面板图二．程控示波器校准仪的输出概述：程控示波器校准仪的输出共分为四部分：1．幅度输出程控示波器校准仪的幅度输出是为了检定示波器的垂直通道的特性，所提供高精度的电压校准源。
当“红灯”亮在“200Vmax OUTPUT ”时，示波器校准仪幅度输出的是高阻（1MΩ）校准电压。
它可用于检定示波器高阻（1MΩ）垂直通道的特性，信号输出范围为：50μV —200V。
信号不确定度0.47 %当“红灯”亮在“50ΩOUTPUT”时，示波器校准仪幅度输出的是低阻（50Ω）校准电压。
它可用于检定示波器低阻（50Ω）垂直通道的特性，信号输出范围为：1mV —2V。
信号不确定度1 %2．时标输出程控示波器校准仪的时标输出是为了检定示波器的水平通道的特性，所提供高精度的时间标准源。
信号输出范围为：1nS —5S。
信号不确定度5×10-5其中1nS, 2nS, 5nS 信号是独立输出。
10nS —5S 的信号通过“MKRS”端口输出。
3. 校准信号输出程控示波器校准仪的校准信号输出,为了检定示波器的校准信号的幅度特性，所提供高精度的电压校准源。
当“红灯”亮在“100Vmax COMPRATOR”时，示波器校准仪幅度输出的是校准电压。
它利用斩波继电器比较输出的原理,通过幅度比较头来检定示波器校准信号的幅度。
该信号输出范围为：10mV —100V。
信号不确定度为0.47 %4.瞬态信号输出程控示波器校准仪的瞬态信号输出,为了检定示波器的瞬态响应特性，所提供的标准信号源其中“FAST EDGE”输出的快前沿驱动信号,通过快前沿发生器产生≤250pS的快前沿脉冲检定示波器的瞬态响应特性。
“T RIG”输出的是同步信号,用于检定50MHz以下示波器的外同步触发信号。
程控示波器校准仪的面板显示如下左面三个LED 显示的是示波器校准仪幅度或时标量程。
当μV、mV、V 的灯亮时,表明左面三个LED 显示的是示波器校准仪幅度量程。
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1 示波器通道时延偏差校准与时基误差估计 李孝辉 王丹妮 张慧君 边玉敬 中国科学院国家授时中心 陕西省西安市临潼区书院东路3号 710600
摘要：在进行高精度时差或相位测量时，由于测量设备各通道时延的不一致性会影响测量结果，本文分析了示波器通道时延偏差的测量方法。同时，也分析了示波器的时基误差对测量结果的影响。 关键词：通道 时延 测量
1 引言 现在，很多场合需要高精度的时差测量，在进行ns级和更高精度的时差测量时，设备通道时延已经成了必须要考虑的因素，我们测量结果表明，SR620计数器两个通道的时延差约为0.1ns~0.5ns，在测量时必须要考虑。 另外，测量设备时基也是影响测量精度的另一个重要因素，如果测量设备的时基不准，会影响测量结果，在工程应用中，需要分析时基对测量结果的影响。 本文研究了我们使用多通道示波器（54855AgilentA）的通道偏差和时基误差估计方法。
2 示波器通道时延偏差校准 示波器的不同通道，时延值并不相同，两个通道间时延差称为通道时延偏差。本节分析通道时延偏差的校准方法，并比较两种校准方法。 2．1 校准方法 共有两种校准方法，一种是双通道交换法，另一种是三通道法。 双通道交换法的原理如图1所示。实验分两次，首先，将SA信号送入示波器1通道，将SB信号送入示波器2通道，两个通道的时延值分别为L1和L2，则示波器测量两个信号的时延差与实际值是有偏差的。示波器测量值为：
)()(121LSLSValueBA 然后，将SA信号送入示波器2通道，将SB信号送入示波器1通道，两个通道的时延值分别为L1和L2，则示波器测量值为：
)()(212LSLSValueBA 两次测量结果平均，就扣除了通道时延偏差：
BASSValueValue221
两次测量结果相减，就可以计算出通道时延偏差： 212
21LLValueValue 2
三通道法的原理如图2所示。引入第三个通道，接入信号SC。实验分两步，第一步，先把SA接入1通道，测量1通道和3通道信号的时延差。假定示波器通道3的时延为L3，则示波器的读数为：
)()(331LSLSValueCA 然后，把SA接入2通道，测量2通道信号和3通道信号的时差，计数器读数为：
)()(432LSLSValueCA 第二步，先把SB接入1通道，测量1通道和3通道信号的时延差。假定示波器通道3的时延为L3，则示波器的读数为：
)()(531LSLSValueCB 然后，把SB接入2通道，测量2通道信号和3通道信号的时差，计数器读数为：
)()(632LSLSValueCB 整理四个测量值，可以得到扣除通道时延的SA和SB之间的时差：
BASSValueValueValueValue26453
2．2 双通道交换法试验过程
示波器SASB
通道1通道2
示波器SBSA
通道1通道2
图1 双通道交换法校准示波器通道时延偏差
示波器SASA通道1通道2SC
通道3
示波器SBSB通道1通道2SC
通道3
图2 三通道法校准示波器通道时延偏差 3
用双通道交换法进行时延测试，将两个秒信号作为信号源，测量两信号中间电平之间的时差。首先，将将SA送入示波器1通道，将SB送入示波器2通道，测量三个值，然后将SA送入示波器2通道，将SB送入示波器1通道，再测量三个值，六个值的测量在下表列出： 表1 双通道交换法示波器的测量结果 通道 SA接1通道 SA接2通道 测量次数 1 2 3 1 2 3 测量结果(ns) 15.1204 15.1151 15.1207 15.0915 15.0956 15.0975
测量误差 秒信号抖动误差：10ps 中间电平误差：4ps 读数误差：2ps 计算得到两个秒信号实际时差为：15.1068 示波器1通道和2通道时延偏差23.9ps 2．3 三通道法试验过程 用同样的两个信号，使用三通道法测量时延。另外使用脉冲分配放大器输出的信号作为SC。 将SA接入1通道，用示波器测量SA和SC的时差，记录三次。然后，将SB接入1通道，用示波器测量SB和SC的时差，记录三次。测量结果在表2中列出。 表2 三通道法示波器的测量结果 通道 SA接1通道 SB接1通道 测量次数 1 2 3 1 2 3 测量结果(ns) 15.1026 15.1065 15.1136 0 －0.0036 -0.0028
测量误差 秒信号抖动误差：10ps 中间电平误差：4ps 读数误差：2ps 两个信号的时差为：15.1097ns。 通道偏差没有测量。 2．4 通道校准方法比较 两种测量方法得到的信号时差符合度为2.9ps，小于测量误差，可以认为这两种方法是等价的，都可以消除示波器的通道误差。
3 示波器时基误差评定 我们用的示波器时基准确度度只有10－8量级，这会对时延的测量造成一定影响，这里评定这种影响的大小。 3．1 时基误差影响估计 如果用示波器来测量时间间隔，两个信号间的间隔决定于示波器在这中间的采样，如果时基的准确度不高，肯定会影响到示波器的采样，这样就影响到测量的精度。 测量的精度是两信号之间间隔与示波器时基准确度的乘积。如果要测量的间
隔是1s，示波器的时基在1s间隔内准确度是10－8，则测量的精度受时基的影 4
响是： ss14810101 根据这个结果，示波器如果测量1s间隔的信号，时基误差可以不考虑。 为了验证上面结论，对时基误差的影响进行验证。 3．2 时基误差影响测量方法 设置图3的测试电路。将脉冲分配放大器输出一路秒信号接入示波器的1通道。另一路通过相位微调仪，相位微调仪输出的1pps送入示波器的2通道。
脉冲分配放大器
示波器相位微调仪
通道1通道2
图3 示波器时基误差对测量影响的估计 测量分两步，第一步，设置两信号之间的时差在1000ns，先用示波器测量两者之间的时间间隔。第二步，使用相位微调仪进行移相，当两个秒信号重合时，记录相位微调仪移相的量。 如果示波器第一次测量的时间间隔等于相位微调仪的相移，表明示波器时基的误差可以忽略。 3．3 时基误差影响测量结果 根据上面的测量方法，进行三次试验，实验结果在表3列出。需要说明的是，最后没有把两个1pps信号完全对准，两者之间有一定时差。 表3 时基误差影响的测量结果 次数 对准前 对准后 变化量 符合度
1 示波器 1016.105ns 0.111ns (1016.105-0.111)=1015.994ns 22ps 相位微调仪 3600 -57.5
360/100)5.573600(=1015.972ns
2 示波器 1016.817ns 0.746ns (1016.817-0.746)=1016.0701ns 43ps 相位微调仪 3600 -57.7
360/100)7.573600(=1016.028ns
3 示波器 1016.689ns 0.111ns (1016.105-0.111)=1016.107ns 24ps 相位微调仪 3600 -57.9
360/100)9.573600(=1016.083ns
测量误差 秒信号抖动误差：50ps 中间电平误差：4ps 读数误差：2ps 5
测量结果表明，移相的方式和示波器测量方式两者符合度在测量误差允许范围以内，时基对1s间隔内的测量精度的影响不会超过50ps。
4 结论 通过上面实验，可以得到结论： 1) 示波器通道的两种校准方法精度相同，都可以校准示波器通道偏差；
2) 示波器时基准确度如果为10－8，对1s间隔的测量影响不会超过50ps。
The Calibration of Time Delay Between Different Channel and The Estimation of Time Base Error in Oscillograph
Li Xiaohui Wang Danni Zhang Huijun Bian Yujing National Time Service Center, P.O.Box 3, Lintong, Shaanxi 710600
Abstract：To accurate measure the time different or phase different, the time delay in different channel of measurement equipment would degrade the measure accuracy. In this paper, the method to measure the time delay different in different channel is analysis. At the same time, the effect of time base error is discussedy. Key Words: channel time delay measurement