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關(guān)于示波器的十個(gè)問題和十個(gè)答案

作者: 時(shí)間:2012-03-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

數(shù)字一直是工程師設(shè)計(jì)、調(diào)試產(chǎn)品的好幫手。但隨著計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體和通信技術(shù)的發(fā)展,電路系統(tǒng)的信號時(shí)鐘速度越來越快,信號上升時(shí)間也越來越短,導(dǎo)致因底層模擬信號完整性問題引發(fā)的數(shù)字錯(cuò)誤日益突出。針對這些新的測試挑戰(zhàn),供應(yīng)商不斷推出了性能更好的數(shù)字示波器。但要想準(zhǔn)確快速地對系統(tǒng)信號進(jìn)行分析,測量時(shí)還有很多新的因素必須考慮。如儀器速度能否跟上被測信號的變化、帶寬是否足夠、測量方法會不會引入干擾,甚至還有所使用的探頭是否合適等等。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/194343.htm

問題1:每臺示波器都有一個(gè)頻率范圍,比如10M、60M、100M……,我手頭用的示波器標(biāo)稱為60MHz,是不是可以理解為它最大可以測到60MHz?可我用它測4.1943MHz的方波時(shí)都測不到,這是什么原因?

答:60MHz帶寬示波器,并不意味著可以很好地測量60MHz的信號。根據(jù)示波器帶寬的定義,若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上,您在示波器上將看到0.707V的信號(30%幅值測量誤差)。如果測試方波,選擇示波器的參考標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是信號上升時(shí)間,示波器帶寬=0.35/ 信號上升時(shí)間×3,此時(shí)您的上升時(shí)間測量誤差為5.4%左右。

示波器的探頭帶寬也很重要,若使用的示波器探頭包括其前端附件構(gòu)成的系統(tǒng)帶寬很低,將會使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭,則能實(shí)現(xiàn)的最大帶寬是20MHz,如果在探頭前端使用連接導(dǎo)線,將會進(jìn)一步降低探頭性能,但對4MHz左右方波不應(yīng)有太大影響,因?yàn)樗俣炔皇呛芸臁?/p>

另外還要看一下示波器使用手冊,有的60MHz示波器在1:1設(shè)置下,其實(shí)際帶寬將銳減到6MHz以下,對于4MHz左右的方波,其三次諧波是12MHz,五次諧波是20MHz,若帶寬降到6MHz,對信號幅值衰減很大,即使能看到信號也絕對不是方波,而是幅值被衰減了的正弦波。

當(dāng)然,測不出信號的原因可能有多種,如探頭接觸不好(該現(xiàn)象很容易排除),建議用BNC電纜連接一函數(shù)發(fā)生器,檢驗(yàn)該示波器本身有沒有問題,探頭有沒有問題,如有問題,可和廠家直接聯(lián)系。

問題2:有些瞬時(shí)信號稍縱即失,如何捕捉并使其重現(xiàn)?

答:將示波器設(shè)置成單次采集方式(觸發(fā)模式設(shè)置成Normal,觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā),并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值,然后將掃描方式設(shè)置成單次方式),注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時(shí)間以及能用到的最大采樣速率。

問題3:在PLL中周期抖動可以衡量一個(gè)設(shè)計(jì)的好壞,但是要精確測量卻非常困難,有什么方法和技巧嗎?

答:在使用示波器時(shí),要注意其本身的抖動相關(guān)指標(biāo)是否滿足您的測試需求,如示波器本身的觸發(fā)抖動指標(biāo)等。同時(shí)要注意使用不同的探頭和探頭連接附件時(shí),若不能保證示波器的系統(tǒng)帶寬,測量結(jié)果也會不準(zhǔn)確。另外關(guān)于PLL設(shè)置時(shí)間的測量,可使用示波器+USB-GPIB適配器+軟件選件來完成,也可用較為便宜的調(diào)制域分析儀。

問題4:為什么我的示波器有時(shí)候抓不到經(jīng)過放大后的電流信呢?

答:如果信號的確存在,但示波器有時(shí)能抓到有時(shí)抓不到,這就可能和示波器的設(shè)置有關(guān)系。通??蓪⑹静ㄆ饔|發(fā)模式設(shè)置成Normal,觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā),并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值,然后將掃描方式設(shè)置成單次方式。如果這種方式還不行,那就可能是儀器出了問題。

問題5:如何測量電源紋波?

答:可以先用示波器將整個(gè)波形捕獲,然后將關(guān)心的紋波部分放大來觀察和測量(自動測量或光標(biāo)測量均可),同時(shí)還要利用示波器的FFT功能從頻域進(jìn)行分析。

問題6:新型數(shù)字示波器怎樣用于單片機(jī)開發(fā)?

答:I2C總線信號一般工作速率不超過400Kbps,最近也出現(xiàn)了幾Mbps的芯片,有的示波器在設(shè)置觸發(fā)條件時(shí),無需顧及不同速率的影響,但對其它總線,如CAN總線,則需要先在示波器上設(shè)置CAN總線當(dāng)前的實(shí)際工作速率以便示波器能正確理解協(xié)議,并正確觸發(fā)。若想對Inter-IC總線信號進(jìn)行進(jìn)一步的分析,如協(xié)議級分析,可使用邏輯分析儀,但相對來說價(jià)格比較高。

問題7:關(guān)于模擬和數(shù)字示波器比較的問題:1、模擬和數(shù)字示波器在觀察波形的細(xì)部時(shí),哪個(gè)更有優(yōu)勢(例如在過零點(diǎn)和峰值時(shí),觀察1%以下寄生波形)?2、數(shù)字示波器一般提供在線顯示均方根值,它的精度一般是多少?

答:1)觀察1%以下寄生波形,無論是模擬示波器還是數(shù)字示波器,觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數(shù)字示波器更高,如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%,這并不比數(shù)字示波器(通常精度為1~2%)更具優(yōu)勢,而且對細(xì)節(jié),數(shù)字示波器的自動測量功能比模擬示波器的人工測量更精確。

2)對于示波器的幅值測量精度,很多人用A/D位數(shù)來衡量。實(shí)際上,隨著您所用的示波器帶寬、實(shí)際采樣率設(shè)置等,它會有所變化。若帶寬不夠,本身帶來的幅值測量誤差就很大,若帶寬夠了,采樣設(shè)置很高,實(shí)際的幅值測量精度也不如采樣率低時(shí)候的精度(您有時(shí)可參考示波器的用戶手冊,它可能會給出不同采樣率下,示波器的A/D實(shí)際有效位數(shù))??偟膩碇v,示波器測量幅值,包括均方根值的精度往往不如萬用表,同理,測量頻率它不如頻率計(jì)數(shù)器。

問題8:毛刺觸發(fā)指標(biāo)有什么意義(例如5ns)?假如有一個(gè)100MHz示波器,測量的方波信號大約是10M左右,而且是占空比1:1左右的方波,設(shè)想一下,一個(gè)10M的方波,它的正向或負(fù)向的脈寬都是50ns,那么在什么樣的情況下能真正用到5ns這個(gè)性能呢?

答:毛刺/脈寬觸發(fā)一般有兩種典型應(yīng)用場合,一是同步電路行為,如利用它來同步串行信號,或?qū)τ诟蓴_非常嚴(yán)重的應(yīng)用無法用邊沿觸發(fā)正確同步信號時(shí),脈寬觸發(fā)就是一個(gè)選擇;另一是用來發(fā)現(xiàn)信號中的異?,F(xiàn)象,如因干擾或競爭引起的窄毛刺,由于該異常是偶發(fā)顯現(xiàn),必須用毛刺觸發(fā)來捕獲(也有一種方法是峰值檢測方式,但峰值檢測方法有可能受其最大采樣率的限制,所以一般是只能看而不能測)。在問題所提的例子中,若被測對象的脈沖寬度是50ns,而且該信號沒有任何問題,也就是說沒有因干擾、競爭等問題引起的信號畸變或變窄,那么用邊沿觸發(fā)就可同步該信號,無需使用毛刺觸發(fā)。根據(jù)不同的應(yīng)用,未必會使用到5ns這個(gè)指標(biāo),一般用戶將脈寬觸發(fā)設(shè)置為10ns~30ns。

問題9:在選擇示波器時(shí),一般考慮最多的是帶寬,那么在什么情況下要對采樣速率有所考慮呢?

答:取決于被測對象。在帶寬滿足的前提下,希望最小采樣間隔(采樣率的倒數(shù))能夠捕捉到您需要的信號細(xì)節(jié)。業(yè)界有些關(guān)于采樣速率經(jīng)驗(yàn)公式,但基本上都是針對示波器帶寬得出的,實(shí)際應(yīng)用中,最好不用示波器測相同頻率的信號。若在選型時(shí),對正弦波選擇示波器帶寬應(yīng)是被測正弦信號頻率的3倍以上,采樣率是帶寬的4到5倍,也即實(shí)際上是信號的12到15倍;若是其它波形,要保證采樣率足以捕獲信號細(xì)節(jié)。若您正在使用示波器,可通過以下方法驗(yàn)證采樣率是否夠用:將波形停下來,放大波形,若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值)就說明采樣率不夠,否則無礙。另外也可用點(diǎn)顯示來分析采樣率是否夠用。

問題10:如何理解考核波形采樣率夠不夠時(shí),將波形停下來,放大波形,若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值)就說明采樣率就不夠,否則無礙。也可用點(diǎn)顯示來分析采樣率是否夠用。?

答:我有幸給用戶做過實(shí)測,曾親歷這種現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)被測對象是一種看上去很隨機(jī)且高速變化的信號,用戶將觸發(fā)電平設(shè)在-13V左右。波形采集下來后想放大測量細(xì)節(jié)時(shí),卻發(fā)現(xiàn)改變示波器時(shí)基(SEC/DIV)設(shè)置時(shí),信號幅值突然變小,我當(dāng)時(shí)將示波器改成點(diǎn)顯示,發(fā)現(xiàn)好像是點(diǎn)數(shù)(存儲深度)不夠,但我比較點(diǎn)顯示和矢量顯示后,發(fā)現(xiàn)若矢量顯示有一定可信性,那么就是當(dāng)前的兩個(gè)采樣間隔(采樣率的倒數(shù))中信號有突變,但未能被采集到(采樣間隔不夠細(xì),即采樣率不夠高)。我換了一臺同樣存儲深度但采樣率較高的示波器,發(fā)現(xiàn)問題消失了。

存儲深度也會影響示波器能用到的實(shí)際最大采樣率。存儲深度太淺可能是個(gè)問題,因?yàn)榇鎯ι疃瓤赡芟拗颇軐?shí)際用到的最大采樣速率,但實(shí)質(zhì)上是采樣率不夠,丟失了信號細(xì)節(jié)。存儲深度不夠深,可能會導(dǎo)致實(shí)際采樣率不高,這一點(diǎn)跟廠家提供的指標(biāo)關(guān)系不大。



關(guān)鍵詞: 示波器

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