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示波器基础知识示波器基础知识第1页，共39页，编辑于2022年，星期一示波器基础知识示波器基础知识 示波器的技术概念示波器的技术概念 示波器基本功能和应用示波器基本功能和应用 使用示波器的注意事项使用示波器的注意事项第2页，共39页，编辑于2022年，星期一第3页，共39页，编辑于2022年，星期一示波器能做什么示波器能做什么?示示波波器器是是显显示示信信号号波波形形的的设设备备，显显示示的的是是信信号号的的电电压压随随着着时时间间的的变化，利用示波器，你可以做到：变化，利用示波器，你可以做到：l 看到一个信号的时间和电压的值；看到一个信号的时间和电压的值；l 计算周期信号的频率计算周期信号的频率(Frequency)；l 知道信号的上升沿和下降沿的情况知道信号的上升沿和下降沿的情况(单调性）；单调性）；l 知道信号的过冲情况（知道信号的过冲情况（Overshoot,Undershoot)；l 知道信号的振铃（知道信号的振铃（Ringback)l 知道信号的噪音情况知道信号的噪音情况(noise)；l 知道信号是否有毛刺知道信号是否有毛刺(glitch)；l 知道信号间的时序关系知道信号间的时序关系(sequence)；第4页，共39页，编辑于2022年，星期一第5页，共39页，编辑于2022年，星期一在在示示波波器器的的屏屏幕幕中中，横横坐坐标标（X）代代表表时时间间，纵纵坐坐标标（Z）代代表表电电压压的的幅幅度度，另另外外还还有有一一维维，是是比比较较少少关关注注的的，就就是是亮亮度度（Z），现现在在TEK的的DPO示示波波器器中中，这这个个亮亮度度还还表表示示了了出出现现概概率率（它用了（它用了16阶灰度来表示出现的概率）。阶灰度来表示出现的概率）。第6页，共39页，编辑于2022年，星期一示波器的技术概念示波器的技术概念u 带宽和上升时间带宽和上升时间u 采样率采样率u 采样率采样率u 记录长度记录长度u 波形捕获率波形捕获率u 探探头头能能力力（保保证证信信号号不不失失真真的的输入示波器输入示波器)第7页，共39页，编辑于2022年，星期一例如：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。第8页，共39页，编辑于2022年，星期一第9页，共39页，编辑于2022年，星期一第10页，共39页，编辑于2022年，星期一第11页，共39页，编辑于2022年，星期一第12页，共39页，编辑于2022年，星期一第13页，共39页，编辑于2022年，星期一第14页，共39页，编辑于2022年，星期一第15页，共39页，编辑于2022年，星期一第16页，共39页，编辑于2022年，星期一示波器的探头示波器的探头l 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。l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。第17页，共39页，编辑于2022年，星期一l输入电压比较高的探头，它的带宽也低，反之，带宽高的探头，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。l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。第18页，共39页，编辑于2022年，星期一 在测试时，我们尽量要使用短的地线和带宽高的有源探头。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。l 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；l 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）。第19页，共39页，编辑于2022年，星期一无源探头P6139的测试波形图有源探头P6245的测试波形图从两个波形看出，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。第20页，共39页，编辑于2022年，星期一l 波形放大镜波形放大镜ZOOM功能功能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 preview 模式。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。第21页，共39页，编辑于2022年，星期一l波形数学运算功能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,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。l测试统计读数功能测试统计读数功能 具有Measurement Statistics功能，测试统计可以选择显示平均/标准方差或者Min/Max值。第22页，共39页，编辑于2022年，星期一示波器的触发示波器的触发l 边沿边沿Edge Edge 触发触发l 脉冲脉冲Pulse Pulse 触发触发l 逻辑逻辑Logic Logic 触发触发l 单次单次Single Single 触发触发l 延时延时DelayDelay触发触发第23页，共39页，编辑于2022年，星期一边沿触发边沿触发边边沿沿触触发发是是用用得得最最多多的的触触发发方方式式，它它使使波波形形在在上上升升或或下下降降沿沿的的某某一一个个电电平平位位置置被被触发。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实际情况选用其它的触发方式第24页，共39页，编辑于2022年，星期一脉冲触发方式有以下分类：捕捉毛刺Glitch触发第25页，共39页，编辑于2022年，星期一 捕捉幅度异常信号Runt触发第26页，共39页，编辑于2022年，星期一(3)捕捉宽度异常信号Width触发第27页，共39页，编辑于2022年，星期一(4)检查边沿跳变速度Slew Rate触发第28页，共39页，编辑于2022年，星期一 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。第29页，共39页，编辑于2022年，星期一工作中的波形测量应用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。第30页，共39页，编辑于2022年，星期一应用二：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300nsThresholds：从0.5V上升到4.5V（是+5V电平逻辑）第31页，共39页，编辑于2022年，星期一应用三：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（WidthWidth）触发源：对应的通道极性：负Trigger WhenTrigger When：设置宽度下限为9s、上限为9.5s，并且是在该范围内触发LevelLevel：调到合适的值第32页，共39页，编辑于2022年，星期一应用四：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05V范围内，我想利用幅度落在33.5V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3.5VTrigger When：设置Runt is Wider than 10ns第33页，共39页，编辑于2022年，星期一应用五：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：StateDefine 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ANDTrigger 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第34页，共39页，编辑于2022年，星期一应用六：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05V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长记记录录长长度度功能。只需在加电前进入HORIZONTAL MENU，再进入Record Length项选择波形记录的长度。第35页，共39页，编辑于2022年，星期一应用中应该注意的问题应用中应该注意的问题1 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。第36页，共39页，编辑于2022年，星期一4.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。第37页，共39页，编辑于2022年，星期一7、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。第38页，共39页，编辑于2022年，星期一 The End第39页，共39页，编辑于2022年，星期一
