示波器培训基本资料

Page1示波器基础培训教程示波器基础培训教程示波器基础培训教程Page2我们在持续创新Page3示波器的基本原理带宽采样率量化误差存储深度插值算法触发特别工作模式显示功能测量功能直方图FFT抖动追踪WaveScanTriggerScanPage4示波器的基本原理Page5示波器的五大基本功能ƒƒ55ReasonsPeopleBuyDSOReasonsPeopleBuyDSO’’SSƒCaptureAndStoreTheSignalƒViewTheSignalInAVarietyOfDisplayFormatsƒMeasureTheSignalUsingCursorsAndParameterReadoutsƒAnalyzeTheSignalUsingWaveformMathAndSignalProcessingƒDocumentTheSignalUsingWaveformStorageAndGraphicsFilesPage6一般数字示波器工作原理简图显示显示显示处理器采集输入信号放大器ADC采集存储器数学处理器&协处理器应用软件RAM测量与分析存档可存储到软盘,IC存储卡以及硬盘连接到计算机打印机的数据总线触发器2134操作系统Page7数字存储示波器（数字存储示波器（DSODSO））放大器时基显示处理器模数转换器（ADC）8取样和保持采集内存触发信号„DSO的组成部分9放大器（包括衰减器，还提供触发信号）9取样和保持（存储模拟信号，以进行ADC处理）9模数转换器（把模拟电压转化成二进制数字）9采集内存（超快速内存，以取样速率存储ADC数据）9时基（稳定的时钟和触发选通定时信号）9显示处理器（把ADC数据处理成波形显示画面）Page8数字示波器的主要技术指标数字示波器的主要技术指标¾带宽示波器可以精确显示的信号频率的范围，通常在DC到-3dB范围内指定。¾采样速率采样和保持、ADC和采集内存可以把模拟信号转换成数字记录的最大速率。单位为每秒样点数（S/sec）。¾存储深度可以存储的离散数字样点的数量，确定可以捕获的时间窗口的长度。Page9带带宽（宽（BandwidthBandwidth））ƒ带宽指的是示波器前端放大器的模拟带宽，是由放大器的幅频特性确定的ƒ一般定义为正弦输入信号的幅度衰减到输入70.7%（-3db）时对应的频率(f2)ƒ带宽决定了示波器对信号的基本测量能力。随着输入信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降，信号的幅度会出现失真，细节将丢失，对信号的测量将没有意义Page10带宽对方波的影响带宽对方波的影响ƒ带宽如何在时域影响波形ƒ信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器ƒ放大器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真ƒ放大器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发生畸变，产生误差ƒ放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐波分量，波形呈圆弧状低通滤波器高带宽时的输出中带宽时的输出低带宽时的输出输入输出Page11VVOUT=V(1-ε-T/RC)ε-T/RC=V-VOUT-T/RC=LN(V-VOUT)T=-RC*LN(V-VOUT)T10=2.3RCT90=0.1RCTr=T10-T90=2.2RC=2.2/2πf2=0.35/f2RCVOUTVINTIMEVOLTSt0VIN=STEPTIMEVOLTSt0Tr=2.2RC0.1V0.9VRisetime=0.35/Bandwidth0.35：此常量针对一极模型，对于更高带宽的仪器，此常量可高达0.45带宽与上升时间带宽与上升时间Page12确定测量系统的带宽确定测量系统的带宽¾被测信号的上升时间与系统及信号的上升时间有关，计算公式如下（Tr：10%to90%）：¾测量带宽由以下公式确定：)由此可以看出：示波器和探头带宽越高，则对测量带宽影响越小，也就是说测量带宽越接近信号带宽。Page13带宽与正弦波幅值精度带宽与正弦波幅值精度70.7(-3dB)0.10.20.30.40.50.60.80.91.00.710097.59592.59087.58582.58077.57572.5Tr0.35*BW=}3%zAtthe3dBbandwidthfrequency,theverticalamplitudeerrorwillbeapproximately30%.zVerticalamplitudeerrorspecificationistypically3%maximumfortheoscilloscope.zWhenyoudependonthespecifiedmaximumverticalamplitudeerror,dividethespecifiedbandwidthby3to5asaruleofthumb,unlessotherwisestated.Page14信号采样数字化存储采样保持转换成为数据顺序存储1011100111110101..11…01…11…11…10…‹采样时发生了什么？采样点数字化需要的保持时间采样间隔‹采样是等间隔的进行什么是采样什么是采样Page15•以被测信号的最高频率成分的两倍采样信号确保不会使信号失真.•这个频率被称为奈奎斯特频率•这表明数字化波形中能测到的最高频率是采样率一半–这就是理论上的波形的数字带宽•更多的实际测量中限制为采样率的1/4或1/10，决定于被测波形的特征•过采样确保波形的高保真–更多的采样点通常会更好！Narrowbandwaveformssuchassinewavesshouldbesampledat4timesthesignalfrequencyBroadbandsignalslikepulsesneedtobesampledat10timesthefrequencyofthewaveform采样原理采样原理Page16为什么需用高采样为什么需用高采样？？0.010.11100.1110SampleRate/BandwidthStandardDeviationOfRisetime采样率时间/采样点采样率/带宽平均上升时间方差200MS/s5ns0.24.7ns1.3ns500MS/s2ns0.52.3ns0.6ns1GS/s1ns1.01.6ns0.1ns2GS/s0.5ns2.01.27ns0.03ns5GS/s0.2ns5.01.16ns0.02ns10GS/s0.1ns10.01.15ns0.02nsz超过带宽5倍以上的采样率可保证好的测量精度z测试脉冲波,需在上升沿采样大于5个点z高采样率减少了测试波形的失真Page17采样率太低会导致混叠（采样率太低会导致混叠（AliasingAliasing））•如果一个信号一个周期采样少于两个点，采样出的信号频率低于实际频率。这种现象叫混叠。•混叠频率是输入信号频率和采样率或谐波频率之差。•混叠信号触发不稳或在水平轴移动。SAMPLINGCLOCKINPUTSIGNALALIASEDSIGNALPage18ƒAnaliasedwaveformandaproperlysampledwaveformhavethesameappearance,butwillhavemajordifferencesIntimingƒThealiasedwaveformhasalowerfrequencyƒHighmaximumsamplingratesandlongmemoriesreduceTheriskofaliasingƒWheninitiallyanalyzingasignalstartatThelowesttime/divsettingandincreaseitToreduceTheriskofaliasingWhichwaveformisaliased,AorB?Thewaveformwiththelowestfrequency(A)AB混叠的真相混叠的真相--您的波形可能欺骗了您您的波形可能欺骗了您Page19采样率的影响采样率的影响‹采样率决定捕获信号的时间分辨率。¾时间分辨率越高，可以查看的波形细节越多，但可以捕获的时间窗口会下降。27个样点6个样点Page20ƒ雷达ƒ无线通信ƒ光产品调试ƒ频域分析ƒ因果调试ƒ发现随机或罕见的错误ƒ统计分析ƒ抖动追踪分析ƒ眼图(减少触发抖动的影响)ƒ数据采集ƒ高频与低频混合系统存储深度＝采样率×采样时间存储深度存储深度¾需要长存储的测试Page21示波器的存储由两个方面来完成：•触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；•示波器的存储深度决定了数据存储的终点。采样和存储采样和存储触发点延时时间记录长度起点终点1234567891011121314151617181920记录长度18N123tt取样速率=Nt/sec时间窗口=记录长度/取样速率Page22250kpts1Mpts8Mpts100MptsSamplingRateTime/DivisionAcquisitionMemory10GS/s1GS/s100MS/s10MS/s1MS/s100kS/s100ns10ns1ns100us10us1us100ms10ms1ms100ps500us/div20us/div5us/div1us/div存储深度决定了实际采样率的大小存储深度决定了实际采样率的大小ƒ更大的存储深度在任何给定时间条件下会有更高的采样率ƒ更高的采样率=更小的混叠ApplicationExample:AnalyzingSerialATA(1.5Gbps)orPCIExpress(2.5Gbps)signalwithSpreadSpectrumClockingrequirestimebaseof10us/divtocapturethreecyclesofSSC.•Ascopewith250kptsmemorycannotsampleatmorethan2.5GS/sandwillaliasthesignal•Ascopewith1Mptsofmemorycansampleatupto10GS/sandcananalyzethesignalwithreducedprecision•Ascopewith2Mptsormorememorycansampleat20GS/sandcananalyzethesignalwithoutcompromiseApplicationExample:AnalyzingSerialATA(1.5Gbps)orPCIExpress(2.5Gbps)signalwithSpreadSpectrumClockingrequirestimebaseof10us/divtocapturethreecyclesofSSC.•Ascopewith250kptsmemorycannotsampleatmorethan2.5GS/sandwillaliasthesignal•Ascopewith1Mptsofmemorycansampleatupto10GS/sandcananalyzethesignalwithreducedprecision•Ascopewith2Mptsormorememorycansampleat20GS/sandcananalyzethesignalwithoutcompromisePage23为什么MonaLisa是微笑的?1MSaWholeimageat5GSa/sresolution100kSa500MSa/sor10%oftheimage10kSa50MSa/sor1%oftheimagePage24DSO的屏幕显示ƒ垂直范围是8x[Volts/Div]≈8位ADC的256二进制码ƒ捕获时间=10x[Time/Div]ƒ采样率=1/采样周期=存储深度/采样时间ƒ存储深度=采样率x采样时间ƒ数字带宽(奈奎斯特频率)=采样率/2ƒ能捕获到的最低频率=1/捕获时间ƒ能观察到的最高频率和最低频率的比率=存储深度/2CaptureTimeSamplePer