取样示波器

取样示波器12三、取样示波器的基本原理（一）取样广义：对连续波形离散的采集样本，从而用离散信号代替连续波形。取样：利用采样门把连续时间信号变成离散时间信号原理：采用取样技术，把高频、快速的重复信号变换成低频信号，再通过类似于通用示波器的方法，将变换后的信号显示出来。实时取样：P(t)t0Tnttvittvstvitvst1234512345tptvtvis(a)(b)3tptvtvistp1nnttt00Ttttnn有信号无信号从(a)-----(b)的波形我们可以看到，实时取样的特点是：取样一个波形所得脉冲列的持续时间(b)等于输入信号实际经历的时间(a)。脉冲越窄越好。因此实时取样不能解决通用示波器的频带不够的问题，4非实时取样：取样电压是由多个波形上取到的；并非实际经历时间周期性信号abcdt1t2t3t4t5tmT1t2t3t4t5t6tttt123456量化取样电压5取样示波器的Y通道电路反馈取样门取样门脉冲平滑调整延长门脉冲至Y放大器延长门ivkSSCsfvmCivKAv101A2AAB闭环取样电路组成框图（差值取样）A2=1212210211011111)1(isfiiisfvBKAvvKAvvKAvBKABvKAv6•取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点，在时刻进行第一次取样，第二次取样在进行。两次可以相隔mT个周期，每一次比前一次延迟。（m---两个取样脉冲之间被测信号周期数）•取样后的取样电压虽然也是一串脉冲列，但这串脉冲列的持续时间却大大拉长了，两个脉冲之间的时间间隔变为。由于包络波形所需时间拉长（相对扫速降低），就有可能用一般低频示波器显示。•由于显示一个信号包络所需时间（测量时间）远大于被测信号实际所经历的时间，所以是非实时取样。（二）显示信号的合成过程如何显示离散波形？需给X、Y偏转板加什么样的电压？t11t2ttmT由上述可见：7xvsvtttyvttmT12345000abcd取样电压合成波形两点间X,Y偏转板都应加阶梯电压：X：电压与时间成正比Y：量化阶梯电压ttmT8四、取样示波器的基本组成取样门延长电路Y放取样门脉冲发生器延长门脉冲发生器触发放大分频快斜波发生器比较器阶梯波发生器X放t延迟脉冲abcdefgY通道的作用：把输入信号变成量化取样电压X通道的作用：产生每隔上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲取样密度经脉冲形成电路tmT等效扫速输入9具体过程由各点波形加以说明：123456t2t3tabcdef二者比较产生(e)t1122g分频取样门脉冲量化取样电压tmT10脉冲（e）的三个作用：作为步进延迟脉冲，去触发取样脉冲发生器和延长门脉冲发生器。去触发阶梯波发生器，使阶梯波上升一个台阶。加到快斜波发生器，使快斜波产生回程。t五、取样示波器的几个主要参数（一）取样示波器的带宽：数十GHz频率限制主要在取样门，fh与采样脉冲宽度成反比。(二)取样密度----屏上水平轴上单位长度内所包含的取样点数目。用每cm的光点数表示cm11取样密度与X轴阶梯电压的关系如图ssVVn屏上总点数X方向最大偏转电压阶梯波每级上升的电压xvsV固定sVt（三）等效扫速等效于被测信号经过了时间与水平方向展宽的距离L之比。tnffsssesTVLVLtVVLtnS1即等效扫速与快斜波的上升斜率Vf/Tf成反比；调整它即可调整等效扫速,斜率大则扫速低。12取样示波器是非实时取样取样示波器的X轴具有双重任务，产生扫描阶梯电压；控制Y通道产生量化电压扫描取样示波器与通用示波器的主要差别：只能测量重复频率较高的信号。信号是阶梯式变化的（非线性）。13§2.5示波器的基本测量方法测电压测时间测脉冲宽度上升或下降时间%10%90%5014测频率Tf1格10sSNfcmtSs—扫描速度格内的重复数有效区中10NN很大时用相位差的测量（同频率、图形简单的两个信号）a：线性扫描法不适合的情况：相差较小时不易分辨1xx超前信号作为触发信号9格010140360xxx1格15b、李沙育图形法（频率较低，且图形简单）可测频率比、相差等mx202xxvyvtt02ymy2mxx0sintVvxmxsinmxx01sinmx0x0004509001800135椭圆方程tVvymysin16Eg:要在X=10CM长度上（1）对f=10MHz的信号显示两个完整周期的波形，求示波器应具有的扫描速度。（2）若用上面求出的扫描速度对f=5MHz的信号能显示几个完整的波形。解：（1）扫速：（2）每周期宽度cmscmfxTSs02.0510101516cmfSSTxss10502.011能显示一个完整的波形17Eg:利用示波器椭圆法测量被测网络输出与输入信号电压的相位差（1）在图中连接测试线路。（2）如何判断示波器X、Y两个通道之间是否存在固有相位差。（3）如果X、Y两通道之间存在固有相位差且试设计一种测量方法，确定其和的大小（不要求写出椭圆法具体计算公式）。解：0900xyxyxyXY被测网络iv0v利用同一信号同时输入示波器X、Y输入端求出固有相位差。xy再将和送入X、Y输入端测得则iv0vxyxy信号源18示波器的选择及正确使用：视被测信号频率而定（一）确定你需要模拟还是数字示波器模拟示波器的优点：操作控制均很直观、熟悉。可以进行三维显示。x/y/亮度对诸如垂直灵敏度、时基扫描速度、跟踪位置以及触发电平等常用调节可以进行直接专门控制。价格低（频率较低的）模拟示波器的缺点：精度低、测量能力较弱带宽有局限性无预触发观测能力显示易闪烁并容易显示模糊19数字示波器的优点：测量精度高带宽较宽显示可存储有预触发观测能力能捕捉单次信号，并准确定位能进行峰值毛刺检测自动测量可与计算机、打印机、绘图仪连接具有波形运算能力，包括波形、数学函数运算功能。有平均和无限余辉显示模式亮度高，聚焦好可进行自校准20数字荧光示波器：具有模拟功能的数字示波器（TDS3000系列）模拟示波器可获得包括幅度（Y轴）、时间（X轴）、亮度（幅度随时间分布）的三维信息。数字存储示波器缺少余辉显示功能。因为它是数字处理只有1或0两个状态；没有亮度的多层次变化。模拟存储示波器可实现三维显示，这种荧光余辉效应对观察混合波形和偶发事件十分有用。数字荧光示波器兼具模拟、数字示波器的优点：1、采用专用图像处理芯片：TEK公司采用DPX型芯片,集数据采集、图像处理和存储于一身。（130万晶体管、0.65vmCMOS工艺、16级亮度、波形存储淤10万像素显示屏上、1/30秒刷新一次。2、能实时存储、显示和分析复杂信号的三维信息。3、采用并行结构和基于ASIC硬件处理技术。4、能显示复杂波形中的细微差别以及频繁程度。如电视信号的扫描信号和音视频信号，以及电视信号中的异常现象。21数字荧光示波器和数字示波器的结构区别：采样A/D变换信号分离捕获存储微处理显示捕获存储放大器A/D变换数字荧光DPX处理获取捕捉显示记忆显示μp数字存储示波器（DSO)串行结构数字荧光示波器（DPO)并行结构22（二）确定你对带宽的要求首先要考虑示波器的带宽即频率上限，通常为了使信号的高频成分基本不衰减地显示，示波器的带宽至少应为被测信号中最高频率的三倍以上。（正弦波可1:1）下图说明一50MHz的方波在不同的四种数字示波器上进行观测的结果：500M有高频细节,上升时间快150M高频信号细节丢失,上升时间减慢20M显示波形面目全非100M上升时间变慢,幅度有衰减23如果需要更高的精度，要求示波器的带宽高出被测信号频率的十倍。（虽然精确的幅值测量并不完全取决于频率响应.刻度,动态范围也是因素之一)考虑信号显示的上升时间与通带宽度或者说高频端有关设：示波器的高端频率为:（）hfdBf3hhRfft3122.2Rrtt22Rrrtttrt若被测信号实际上升时间为且则示波器的影响忽略不计否则rt—测量值对于定时测量，信号上升时间与示波器上升时间的比值越高，则测量误差越小。如下表：示波器的固有上升时间为24信号上升时间/示波器上升时间测量误差计算结果1:141.4%3:15.4%5:12.0%10:10.5%(三）正确合理地使用探头探头将影响测量精度，一般使用的探头是低电容探头，基本形式如下：探针塑料外壳金属屏蔽罩至示波器输入端屏蔽电缆iu2c1c1R9M0uiciR（1M）示波器的输入阻抗25iiCRCCR211若高输入阻抗低输入电容探头，可减小对被测电路的影响11010iiiRRRUU则分压比档，1不衰减。档，10倍衰减10（四）合理使用示波器勿使辉度过高勿施加过高的输入电压（五）你应该牢记下面几点：探头将影响测量精度某些示波器所列出的最高带宽指标只局限于某一特定的电压范围，或者只在50输入时才具有。26IWATSU岩崎模拟存储示波器（500mhz)TS-850027模拟存储54610系列示波器(Agilent安捷伦）54610B54615B54616B带宽通道1和通道2交流耦合dc—500MHz10Hz—500MHzdc—500MHz10Hz—500MHzdc—500MHz10Hz—500MHz单次带宽dc—2MHz250MHz500MHz通道数222最大采样率单次20MSa/s1GSa/s2GSa/s灵敏度2mV/div—5V/div2mV/div—5V/div2mV/div—5V/div分辨率8bit8bit8bit触发灵敏度dc—25MHzdc—最大带宽0.35div或3.5mV(1)1div或10mV(2)0.5div或5.0mV(1)1div或10mV(2)0.5div或5.0mV(1)1div或10mV(2)2854620系列示波器（模拟、数字存储混合系列）示波器通道数22222带宽60M60M100M100M100M采样率200MSa/s（每秒采样次数Sa/S）逻辑通道数1616最大采样率400MSa/s400MSa/s显示更新率达25,000,000矢量/秒/通道显示方式常规、峰检测、延迟、滚动、带Z消隐的XY、平均测量峰峰值、最大值、最小值、平均值、幅度、波顶、波底、过冲、前冲、有效值、频率、周期、+脉冲宽度、-脉冲宽度、占空比、最大值时间、相位、延迟相减、相乘、FFT、积分、微分波形运算存储内装软盘54621A54621D54622A54622D54624A2954620系列示波器（$2310）高清晰显示与2MB深存储器相结合。能发现有关信号的大量信息。独特的2+16混合信号配置可同时进行示波和逻辑测量。强大的触发能力，可选择边沿，模式，脉冲，序列，持续时间和触发.能深入观察过去难以看到的信号细节，从窄跳变，失真的边沿到间歇性事件，从而忠实复现信号的真情实景。比常规数字示波器快25倍。为测量增加了专门的统计功能。示波器上的每一点均以32级亮度显示，越亮的点代表越多的采样。并能用平移和缩放功能容易地找到关注区域内的细节。所有信息均可在全速下以高达5ns的分辨率在一次测量中获得CI230手持式数字示波器（THS720P-）全功能示波器+数字万用表+谐波分析仪+功率计集多种功能于一体。1000Vrms测量能力和隔离通道结构。100MHz数字式实时带宽和功率测量。实际RMS数字式万用表和功率计的巧妙结合可提供最大的灵活性。可以测量第31谐波（30Hz至450Hz基波）。功率测量和统计。PWM电动机触发器。高分辨率、背景光显示和上弹式菜单。31FLUKE32（泰克）333435□1000MHz、500MHz二种带宽，最高实时