现代时域测量第五章

1、第五章第五章 时域测量的基本仪器与设备时域测量的基本仪器与设备l引言l脉冲信号发生器l时域接收设备与取样技术l参考脉冲发生器与校准仪l传输线与接头引言引言脉冲信号脉冲信号发生器发生器被测被测系统系统示波示波器器计算机计算机时域自动测试系统时域自动测试系统引言引言l时域测量仪器与设备包括：时域测量仪器与设备包括：l作为激励源的脉冲信号源作为激励源的脉冲信号源l用于对信号波形进行采集的示波器、用于对信号波形进行采集的示波器、XYXY记记录仪、时域反射计等录仪、时域反射计等l提供参考脉冲的参考波形发生器提供参考脉冲的参考波形发生器l提供时间与幅度校准的校准器提供时间与幅度校准的校准器l传输线与接头传

2、输线与接头l用于控制及数据处理的计算机用于控制及数据处理的计算机l时域自动测试系统三要素：脉冲信号源、取时域自动测试系统三要素：脉冲信号源、取样示波器、计算机样示波器、计算机uto（a a）矩形波）矩形波uto（b b）锯齿波）锯齿波uto（c c）阶梯波）阶梯波uto（d d）钟形脉冲）钟形脉冲uto（e e）数字编码序列）数字编码序列l常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯常见的脉冲信号有矩形、锯齿形、阶梯形、钟形和数字编码序列等。形、钟形和数字编码序列等。脉冲信号发生器脉冲信号发生器l根据脉冲发生器的用途和产生脉冲的方法，根据脉冲发生器的用途和产生脉冲的方法，可以分为可以分为l通用脉冲发生器

3、通用脉冲发生器l快速（广谱）脉冲发生器快速（广谱）脉冲发生器l函数发生器函数发生器l数字可编程脉冲发生器数字可编程脉冲发生器l特种脉冲发生器特种脉冲发生器l脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器l理论上，理想的脉冲信号具有无限频谱理论上，理想的脉冲信号具有无限频谱l实际上，由于存在噪声，当脉冲频谱衰实际上，由于存在噪声，当脉冲频谱衰减到噪声电平以下时，即达到实际的频减到噪声电平以下时，即达到实际的频率上限率上限l目标：制造快前沿、大幅度脉冲信号源目标：制造快前沿、大幅度脉冲信号源主振主振级级同步同步放大放大延时延时级级脉冲脉冲形成形成输出输出级级同步脉冲同步脉冲输出输出外同步

4、外同步触发触发输入输入外触发外触发脉宽，上升脉宽，上升/ /下降沿控制下降沿控制输出输出同步脉冲输出同步脉冲输出脉冲信号发生器组成原理脉冲信号发生器组成原理通用脉冲发生器通用脉冲发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器l通用脉冲发生器产生的脉冲持续时间和过渡通用脉冲发生器产生的脉冲持续时间和过渡时间一般在时间一般在1ns1ns以上，有的过渡时间虽然可以上，有的过渡时间虽然可到到300ps300ps， 但参数固定不能调节。但参数固定不能调节。脉冲信号发生器脉冲信号发生器快速（广谱）脉冲发生器快速（广谱）脉冲发生器l快速脉冲发生器可用于数字通信、雷达、时快速脉冲发生器可用于数字通信、雷达、时域特征测试等

5、场合。在时域测试中，快速脉域特征测试等场合。在时域测试中，快速脉冲信号发生器用来提供广谱的激励信号，尤冲信号发生器用来提供广谱的激励信号，尤其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，其在微波网络、宽带元器件的时域测试中，脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信脉冲信号发生器相当于频域测试中的扫频信号源。号源。脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器l几种速度快的脉冲发生器：几种速度快的脉冲发生器：l谐振隧道二极管（谐振隧道二极管（RTD）脉冲发生器）脉冲发生器l性能决定于几个原子层性能决定于几个原子层l阶跃响应过渡时间由阶跃响应过渡时间由35 ps减少为减少为 10 psl幅度较小幅

6、度较小250mVl 50内阻内阻l江琦玲於奈江琦玲於奈1957年在日本年在日本SONY公司工作期间，发明公司工作期间，发明隧道二极管，隧道二极管，1973年因发明年因发明隧道二极管获得诺贝尔物理隧道二极管获得诺贝尔物理学奖。学奖。 1717GaAsGaAs GaAs45AIAs Barriers脉冲信号发生器脉冲信号发生器l阶跃恢复二极管（阶跃恢复二极管（SRD）脉冲发生器）脉冲发生器l依靠原子级晶体生长的精确控制依靠原子级晶体生长的精确控制l带宽由带宽由18 GHz增加到增加到50 GHzl幅度较大，几伏幅度较大，几伏l雪崩三极管脉冲发生器雪崩三极管脉冲发生器l可产生可产生500ps，50V

7、的脉冲的脉冲l射频脉冲发生器射频脉冲发生器l对基带信号进行调制，将其频谱搬移到对基带信号进行调制，将其频谱搬移到需要的频段上去需要的频段上去雪崩三极管1ns阶跃脉冲阶跃二极管阶跃脉冲隧道二极管阶跃脉冲阶跃二极管冲激脉冲100MHz1GHz10GHz100GHzS（j）dBV-PS200406080100120脉冲信号发生器脉冲信号发生器l常见脉冲波形的幅度谱常见脉冲波形的幅度谱l阶跃波：阶跃波：V0U(t)l非绝对可积，非绝对可积，FU(t)=1/j+()l幅度谱：幅度谱：S(f)=|FU(t)|=1/ 0l频谱与频率成反比，频谱与频率成反比，-20dB/10倍频程倍频程 V0V(t)tf/f

8、0S(f)/S(f0)0dB-20-400.1110100脉冲信号发生器脉冲信号发生器l截尾斜波：截尾斜波： V0/t0tU(t)-(t-t0)U(t-t0)l低频与阶跃波频谱相似低频与阶跃波频谱相似lf1/t0时，更接近于三角波频谱时，更接近于三角波频谱 V0V(t)tt0脉冲信号发生器脉冲信号发生器l矩形脉冲：矩形脉冲：V0U(t)-U(t-t0)l频谱为频谱为sinx/xl低频时，频谱幅度接近于恒定值低频时，频谱幅度接近于恒定值2V0t0lV0t0称为称为“脉冲强度脉冲强度”l幅度幅度1/a，宽为，宽为a0( )()( )lim,( )1aU tU tattaV0V(t)tt0脉冲信号发

9、生器脉冲信号发生器l三角波：三角波：l与矩形脉冲频谱类似，但频谱随频率衰减较快与矩形脉冲频谱类似，但频谱随频率衰减较快V0V(t)tt02t0脉冲信号发生器脉冲信号发生器l平方正弦波：平方正弦波：l第一个零点在第一个零点在1/t0处，但高阶零点多一倍处，但高阶零点多一倍脉冲信号发生器脉冲信号发生器l射频脉冲：射频脉冲：l频谱平移，将矩形脉冲频谱搬移到载频频谱平移，将矩形脉冲频谱搬移到载频fcl由于包括由于包括(2fc+f)的二次项，边带不对称，说明的二次项，边带不对称，说明有混叠现象有混叠现象lt0=N/fc时，频谱幅度时，频谱幅度S(f)在在0fc之间零点数为之间零点数为Nl在在fc附近附近

10、S(f)基本为常数基本为常数V0t0脉冲信号发生器脉冲信号发生器l水银开关脉冲发生器水银开关脉冲发生器V0VbRL=R0L、R0RcR0产生幅度产生幅度V0=Vb/2，持续时间持续时间t0=2l/vp，脉冲脉冲强度强度V0t0 矩形脉冲，低频时：矩形脉冲，低频时：S(f)=2V0t0 30cm2ns脉冲信号发生器脉冲信号发生器l水银开关脉冲发生器水银开关脉冲发生器l价格低，易调整，电压高（价格低，易调整，电压高（50100V）l一般过渡持续时间为一般过渡持续时间为0.5ns级，可达到级，可达到40psl10ns以上十分精确，以上十分精确，1ns以下精度降低以下精度降低l机械特性限制开关速率，最

11、多几百机械特性限制开关速率，最多几百Hzl触发不确定性导致较大的相位抖动触发不确定性导致较大的相位抖动脉冲信号发生器脉冲信号发生器l雪崩晶体管脉冲发生器雪崩晶体管脉冲发生器l用雪崩三极管代替水银开关用雪崩三极管代替水银开关l可消除触发不确定性和重复频率低的缺点可消除触发不确定性和重复频率低的缺点l触发抖动小于触发抖动小于10ps，l重复频率可达几重复频率可达几MHzl可获得可获得500ps过渡持续时间过渡持续时间l输出电压：几伏输出电压：几伏几十伏几十伏l缺点：电源电压较高缺点：电源电压较高脉冲信号发生器脉冲信号发生器NPN管特性曲线管特性曲线脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器脉冲信号

12、发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器利用微波双极性晶体管雪崩特性，采用多个晶体管串利用微波双极性晶体管雪崩特性，采用多个晶体管串行级联，使用并行同步触发的方式，加快了雪崩过程，行级联，使用并行同步触发的方式，加快了雪崩过程，获得了脉宽为获得了脉宽为910ps910ps，幅度为，幅度为8V8V的窄脉冲。的窄脉冲。 脉冲信号发生器脉冲信号发生器l阶跃恢复二极管脉冲发生器阶跃恢复二极管脉冲发生器l利用利用SRD对雪崩管输出脉冲整形能获得对雪崩管输出脉冲整形能获得100ps量级甚至更高的过渡持续时间量级甚至更高的过渡持续时间l电压幅度可达电压幅度可达1030V脉冲信号发生器脉冲信号发生器l阶跃恢复二极管

13、脉冲发生器阶跃恢复二极管脉冲发生器脉冲信号发生器脉冲信号发生器l射频脉冲发生器射频脉冲发生器l用基带脉冲发生器驱动射频开关，选通正弦波用基带脉冲发生器驱动射频开关，选通正弦波l频谱幅度：频谱幅度：000 000sin()sin (2) ( )() (2) ccftff tS fV tftff t脉冲信号发生器脉冲信号发生器l射频开关射频开关l通断隔离度：通断隔离度：-20log(t0f0)+20dB对对100ns，100Hz，需，需120dBl开关速度：开关速度：PIN二极管较好，隔离度二极管较好，隔离度90dB，速，速度度550nsl肖特基二极管平衡混频器：肖特基二极管平衡混频器：1ns，小

14、于，小于1GHz时，时，60dB脉冲信号发生器脉冲信号发生器l微波脉冲发生器微波脉冲发生器l需宽带、高功率需宽带、高功率l冲击激励行波管放大器冲击激励行波管放大器l由极窄（由极窄（100ps）基带脉冲驱动）基带脉冲驱动(SRD)l持续时间很短时，不可能利用校准技术持续时间很短时，不可能利用校准技术确定频谱幅度确定频谱幅度时域接收设备与取样技术时域接收设备与取样技术l能够对时间信号进行捕捉、记录、显示和测量的仪能够对时间信号进行捕捉、记录、显示和测量的仪器，器，l最常用：示波器最常用：示波器l最关注：带宽最关注：带宽l模拟示波器：模拟示波器：l带宽十几带宽十几GHz几十几十GHzl数字示波器：主

15、流数字示波器：主流l LeCroy WaveMaster8600A:20/200GS/s,48M,模拟带宽模拟带宽6GHzlLeCroy SDA 11000 :40GS/s,100M,模拟带宽模拟带宽11GHzlAgilent Infiniium DSO 81304A :40GS/s,2M/32M,模拟带宽模拟带宽13GHzl泰克泰克TDS6154C: 40GS/s,64M,模拟带宽模拟带宽15GHz时域接收设备与取样技术时域接收设备与取样技术l2010.4.27，Agilent Infiniium 90000X: 80GS/s,2G, 32GHz, 30 GHz 探头探头 ,本底抖动本底抖动

16、150fs , 4通道（通道（40GS/s，16GHz ，2Gpts/Ch ），），l没有使用没有使用DSP和和DBI(带宽数值内插带宽数值内插)技术，采用氮化铝封装技术将技术，采用氮化铝封装技术将 5 个个磷化铟（磷化铟（InP）芯片集成到前端多芯片模块中，采用了独特的噪声屏蔽）芯片集成到前端多芯片模块中，采用了独特的噪声屏蔽和散热技术。和散热技术。l2010.10, LeCroy WaveMaster 8Zi-A :120GS/s,768M,45GHz, 25GHz高带高带宽探头和差分放大器，抖动底噪宽探头和差分放大器，抖动底噪125fs rms ,总抖动底噪小于总抖动底噪小于190 fs

17、 rms, 2通道（通道（30GHz ，80GS/s，512 Mpts/Ch ）和）和4通道（通道（20GHz，40GS/s ，256Mpts/Ch ）。）。l用第二代锗化硅元件确保高性能用第二代锗化硅元件确保高性能 ,用第六代用第六代DBI技术扩展带宽，无技术扩展带宽，无DSP l2011.7.1，LeCroy LabMaster 9Zi-A : 5通道（通道（120GS/s ，45GHz， 768Mpts/ch ），）， 10通道通道36GHz ，20通道通道20GHz，通道间抖动，通道间抖动275fsrms l2011.9，泰克，泰克DPO/DSA70000D : 100GS/s，33G

18、Hz，4个通道个通道（33GHz），），2通道（通道（100GS/s），）， 10TS/s等效采样可检定等效采样可检定20ps上升沿上升沿l采用采用IBM8HP锗化硅（锗化硅（SiGe）芯片组技术，在一块芯片上同时制备高速）芯片组技术，在一块芯片上同时制备高速双极性晶体管和标准双极性晶体管和标准CMOS示波器的发展示波器的发展l示波器的发展过程大致可分为三个阶段：示波器的发展过程大致可分为三个阶段：l20世纪世纪3050年代：模拟示波器的诞生和实用化年代：模拟示波器的诞生和实用化l20世纪世纪60年代：示波器技术水平不断提高年代：示波器技术水平不断提高l20世纪世纪70年代以后：模拟示波器指标

19、进一步提高、年代以后：模拟示波器指标进一步提高、数字示波器诞生和发展数字示波器诞生和发展l数字技术的发展和微处理器的问世，对示波器的数字技术的发展和微处理器的问世，对示波器的发展产生了重大的影响。现在，数字存储示波器发展产生了重大的影响。现在，数字存储示波器无论在产品的技术水平还是在其性能指标上都优无论在产品的技术水平还是在其性能指标上都优于模拟示波器，特别是宽带示波器，大有取代模于模拟示波器，特别是宽带示波器，大有取代模拟示波器之势。数字存储示波器是示波器发展的拟示波器之势。数字存储示波器是示波器发展的一个主要方向。一个主要方向。模拟示波器模拟示波器l通用示波器通用示波器采用单束示波管，它又

20、可分为单踪、双踪、多采用单束示波管，它又可分为单踪、双踪、多踪示波器。将要观测的信号经衰减、放大后送入示波器的踪示波器。将要观测的信号经衰减、放大后送入示波器的垂直通道，同时用该信号驱动触发电路，产生触发信号送垂直通道，同时用该信号驱动触发电路，产生触发信号送入水平通道，最后在示波管上显示出信号波形。是最为经入水平通道，最后在示波管上显示出信号波形。是最为经典而传统的一类示波器典而传统的一类示波器l多束示波器多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生由单独的电子束扫描产生l取样示波器取样示波器采用时域采样技术将高频周期信号转

21、换为低频采用时域采样技术将高频周期信号转换为低频离散时间信号显示，可用较低频率的示波器测量高频信号离散时间信号显示，可用较低频率的示波器测量高频信号l记忆示波器记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟信号的存采用有记忆功能的示波管，实现模拟信号的存储、记忆和反复显示储、记忆和反复显示l专用示波器专用示波器（特种示波器）是能够满足特殊用途的示波器（特种示波器）是能够满足特殊用途的示波器数字示波器数字示波器l数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。它转换器再重建波形。它具有记忆、存贮被观察信号功能，可

22、以用来观具有记忆、存贮被观察信号功能，可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。又称为数字存贮示波器（信号。又称为数字存贮示波器（DSO）。）。l根据取样方式不同，又可分为实时取样、随机根据取样方式不同，又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类。取样和顺序取样三大类。 l取样示波器、光取样示波器（取样示波器、光取样示波器（ps级）、高速摄级）、高速摄影（影（0.1ps级）级）主要技术指标主要技术指标l频带宽度频带宽度BW和上升时间和上升时间trlBW：指指Y通道通道输入信号上、下限频率之差：输入信号上、下限频率之差：BW=fH-fL。一般

23、。一般下限频率下限频率fL可达直流可达直流( (0Hz)，因，因此，此，频带宽度也可用上限频率频带宽度也可用上限频率fH来表示。来表示。ltr ：与频带宽度与频带宽度BW有关，它表示由于示波器有关，它表示由于示波器Y Y通道的频带宽度的限制，当输入一个理想阶跃通道的频带宽度的限制，当输入一个理想阶跃信号（上升时间为零）时，信号（上升时间为零）时，显示波形上升沿幅显示波形上升沿幅度从度从10%上升到上升到90%所需的时间。它反映了示所需的时间。它反映了示波器波器Y通道跟随输入信号快速变化的能力。通道跟随输入信号快速变化的能力。lBW与与tr的关系：的关系：0.350.35,rrtst nsBW

24、MHzBW GHz或主要技术指标主要技术指标l扫描速度扫描速度l扫描速度指荧光屏上单位时间光点水平移动的扫描速度指荧光屏上单位时间光点水平移动的距离，单位为距离，单位为“cm/s”。通常用。通常用1cm的坐标线作的坐标线作刻度线，每刻度线，每1cm也称为也称为“1格格”（用（用div表示），表示），扫描速度的单位就可表示为扫描速度的单位就可表示为“div/s”。l扫描速度的倒数称为扫描速度的倒数称为“时基因素时基因素”，它表示单，它表示单位距离代表的时间，单位为位距离代表的时间，单位为“t/cm”或或“t/div”，时间时间t可为可为ns、s、ms或或s。示波器面板上，通。示波器面板上，通常按

25、常按“1、2、5”的顺序分档，还有时基因素的的顺序分档，还有时基因素的“微调微调”和和“扩展扩展”（1或或5倍）旋钮，当倍）旋钮，当需要进行定量测量时，应置于需要进行定量测量时，应置于“校准校准”、“1”的位置。的位置。主要技术指标主要技术指标l偏转因素偏转因素l偏转因素指在输入信号作用下，光点在荧光屏偏转因素指在输入信号作用下，光点在荧光屏上垂直（上垂直（Y）方向移动）方向移动1cm（即（即1格）所需的电格）所需的电压值，单位为压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”（或（或“V/div”、“mV/div”）。示波器面板上，通）。示波器面板上，通常也按常也按“1、2、5”的顺序分档，此外，还

26、有的顺序分档，此外，还有“微调微调”（调到头时，为（调到头时，为“校准校准”位置）旋钮。位置）旋钮。偏转因素表示了示波器偏转因素表示了示波器Y通道的放大通道的放大/衰减能力。衰减能力。l偏转因素的倒数称为偏转因素的倒数称为“（偏转）灵敏度（偏转）灵敏度”，单，单位为位为“cm/V”、“cm/mV”（或（或“div/V”、“div/mV”）。）。主要技术指标主要技术指标l输入阻抗输入阻抗l当被测信号接入示波器时，输入阻抗当被测信号接入示波器时，输入阻抗Zi形成被测信号的等效负载。当输入直流形成被测信号的等效负载。当输入直流信号时，输入阻抗用输入电阻信号时，输入阻抗用输入电阻Ri表示；表示；当输入

27、交流信号时，输入阻抗用输入电当输入交流信号时，输入阻抗用输入电阻阻Ri和输入电容和输入电容Ci的并联表示。的并联表示。主要技术指标主要技术指标l输入方式输入方式l即输入耦合方式，一般有直流（即输入耦合方式，一般有直流（DC）、）、交流（交流（AC）和接地（）和接地（GND）三种，可）三种，可通过示波器面板选择。直流耦合时，输通过示波器面板选择。直流耦合时，输入信号的所有成分都加到示波器上；交入信号的所有成分都加到示波器上；交流耦合时，通过隔直电容去掉信号中的流耦合时，通过隔直电容去掉信号中的直流和低频分量；接地方式则断开输入直流和低频分量；接地方式则断开输入信号，将信号，将Y通道输入直接接地，

28、用于信通道输入直接接地，用于信号幅度测量时确定零电平位置。号幅度测量时确定零电平位置。主要技术指标主要技术指标l触发源选择方式触发源选择方式l触发源是指用于提供产生扫描电压的同触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源，一般有内触发（步信号来源，一般有内触发（INT）、）、外触发（外触发（EXT）、电源触发（）、电源触发（LINE）三种。内触发即由被测信号产生同步触三种。内触发即由被测信号产生同步触发信号；外触发由外部输入信号产生同发信号；外触发由外部输入信号产生同步触发信号；电源触发即利用步触发信号；电源触发即利用50Hz工工频电源产生同步触发信号。频电源产生同步触发信号。通用模拟示波器通

29、用模拟示波器l垂直信道垂直信道( (Y信道信道) )：将输入的被测信号进行衰减或：将输入的被测信号进行衰减或线性放大后，输出符合示波器偏转要求的信号，以线性放大后，输出符合示波器偏转要求的信号，以推动垂直偏转板，使被测信号在屏幕上显示出来。推动垂直偏转板，使被测信号在屏幕上显示出来。包括包括输入电路、前置放大器、延迟线、输出放大器输入电路、前置放大器、延迟线、输出放大器等部分等部分l水平信道水平信道（X信道）：产生随时间线形变化的扫描信道）：产生随时间线形变化的扫描电压，再放大到足够的幅度，然后输出到水平偏转电压，再放大到足够的幅度，然后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏的水平方向达到满偏转。包

30、括板，使光点在荧光屏的水平方向达到满偏转。包括扫描发生器、同步触发电路、扫描发生器、同步触发电路、X放大器放大器等部分等部分l主机主机：示波管、电源、示波管、电源、Z Z信道信道( (增辉与调辉，增辉是将增辉与调辉，增辉是将闸门信号放大，加到示波管上，使显示的波形正程加亮。调闸门信号放大，加到示波管上，使显示的波形正程加亮。调辉是将外调制信号或时标信号加到示波管上，使屏幕显示的辉是将外调制信号或时标信号加到示波管上，使屏幕显示的波形发生相应变化波形发生相应变化) ) 、校准信号发生器校准信号发生器( (产生幅度和频率产生幅度和频率准确的基准方波信号，以便随时校准垂直灵敏度和扫描时间准确的基准方

31、波信号，以便随时校准垂直灵敏度和扫描时间因数因数) )。通用模拟示波器通用模拟示波器 Y输入电路Y前置放大器触发电路延迟线Y后置放大器水平放大器扫描发生器Y输入外触发内外至X偏转板至Y偏转板校准信号发生器低压电源高压电源电源至各电路正高压负高压X输入校准信号输出l输入电路：输入电路：l衰减器：衰减输入信号，进行频率补偿衰减器：衰减输入信号，进行频率补偿( (最佳补最佳补偿、过补偿、欠补偿偿、过补偿、欠补偿) ) l输入选择开关：选择耦合方式：输入选择开关：选择耦合方式：AC、GND、DC l前置放大器：采用差分放大，将信号适当放大，取前置放大器：采用差分放大，将信号适当放大，取出内触发信号，具

32、有灵敏度微调、校正、出内触发信号，具有灵敏度微调、校正、Y Y轴移位、轴移位、极性反转等作用极性反转等作用 l延迟线：起时间延迟的作用，使信号出现的时间滞延迟线：起时间延迟的作用，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，保证在屏幕上扫描出包括上升后于扫描开始时间，保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内的脉冲全过程时间在内的脉冲全过程 l输出放大器：采用推挽式放大器，用以驱动示波管输出放大器：采用推挽式放大器，用以驱动示波管的垂直偏转系统。应具有稳定的增益、较高的输入的垂直偏转系统。应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真 vivoR1R2C1C2

33、最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z22211CRCR0221121212ivZRCvZZRRCC1122RCR C1122RCR C 最佳补偿最佳补偿过补偿过补偿欠补偿：欠补偿：通用模拟示波器通用模拟示波器垂直信道垂直信道通用模拟示波器通用模拟示波器水平水平信道信道触发源选择触发耦合方式选择放大整形电路扫描闸门扫描电压发生器水平放大器比较和释抑电路触发信号触发电路扫描发生器环至X偏转板l触发电路：为扫描信号发生器提供触发脉冲。触发电路：为扫描信号发生器提供触发脉冲。l触发源选择：内出发触发源选择：内出发(INT)(INT)、外触发、外触发(EXT)(EXT)、电源、电源触发触发(LINE) (LINE

34、) l触发耦合方式选择触发耦合方式选择: :“DCDC”直流耦合、直流耦合、“ACAC”交流耦交流耦合、合、“ACAC低频抑制低频抑制”（“LF REJLF REJ”）耦合、）耦合、“ACAC高频抑制耦合高频抑制耦合”（“HF REJHF REJ”）l触发方式选择：常态（触发方式选择：常态（NORMNORM）触发、自动（）触发、自动（AUTOAUTO）触发、电视（触发、电视（TVTV）触发）触发l触发极性选择：上升沿、下降沿触发极性选择：上升沿、下降沿 l触发电平选择触发电平选择l触发放大整形：电压比较器，输出矩形波，然后触发放大整形：电压比较器，输出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。经

35、过微分整形，变成触发脉冲。通用模拟示波器通用模拟示波器水平水平信道信道放大、整形电路内外电源C1C2C3ACAC低频抑制HF REJDC常态自动 TV触发电平调节至扫描发生器环触发脉冲输出S1S2S4+-S3极性反转电路触发源选择触发耦合方式选择触发极性选择触发方式选择l扫描发生器：又叫时基电路，产生线性良好的锯齿扫描发生器：又叫时基电路，产生线性良好的锯齿波，通常用扫描发生器环来产生扫描信号。波，通常用扫描发生器环来产生扫描信号。l积分器：产生线形良好的锯齿波积分器：产生线形良好的锯齿波 l扫描闸门：产生闸门信号，作用：扫描闸门：产生闸门信号，作用：输出闸门信输出闸门信号，控制积分器扫描；用

36、闸门信号作增辉脉冲，号，控制积分器扫描；用闸门信号作增辉脉冲，正程加亮；在双踪示波器中，利用闸门信号触正程加亮；在双踪示波器中，利用闸门信号触发电子开关，使之工作于交替状态。发电子开关，使之工作于交替状态。 l比较释抑电路：比较释抑电路： l利用比较电路控制锯齿波的幅度，使电路产生利用比较电路控制锯齿波的幅度，使电路产生等幅扫描，比较电路也称为扫描长度电路。等幅扫描，比较电路也称为扫描长度电路。l释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸门，以使扫描电路恢复到扫描的起始电平闸门，以使扫描电路恢复到扫描的起始电平通用模拟示波器通用模拟示波器水平水平信道信道

37、扫描闸门扫描锯齿波发生器比较和释抑电路+E至X放大器+E“稳定度”调节比较电平触发脉冲输入“增辉”脉冲l水平水平放大器：基本作用是选择放大器：基本作用是选择X X轴信号，轴信号，并将其放大到足以使光点在水平方向达到并将其放大到足以使光点在水平方向达到满偏的程度。满偏的程度。X X放大器的输入端有放大器的输入端有“内内”、“外外”信号的选择。改变信号的选择。改变X X放大器的增益放大器的增益可以使光迹在水平方向得到扩展，或对扫可以使光迹在水平方向得到扩展，或对扫描速度进行微调，以校准扫描速度。改变描速度进行微调，以校准扫描速度。改变X X放大器有关的直流电位可以使光迹产生放大器有关的直流电位可以

38、使光迹产生水平位移。水平位移。通用模拟示波器通用模拟示波器水平水平信道信道l取样的基本概念取样的基本概念 l取样就是从被测波形上取得样点的过程。取样就是从被测波形上取得样点的过程。l实时取样实时取样：从一个信号波形中取得所有取样点，从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个信号波形的方法称为实时取样来表示一个信号波形的方法称为实时取样l非实时取样非实时取样：从被测信号的许多相邻波形上取从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法称为非实时取样，或称为等效取得样点的方法称为非实时取样，或称为等效取样样, ,非实时采样只适用于周期性信号。非实时采样只适用于周期性信号。l顺序采样：顺序采样：取样是顺序进

39、行取样是顺序进行l随机采样随机采样：也是经过若干个信号周期取得一组取样值也是经过若干个信号周期取得一组取样值, ,但取样是随机出现的，取样时同时记录取样点出现的但取样是随机出现的，取样时同时记录取样点出现的相对位置相对位置 tt输入信号取样脉冲取样信号经放大和延长电路后的信号（显示波形）mTt2 t3 t4 tsTmTt12345取样脉冲p(t)输入信号Vi(t)取样信号Vo(t)tt取样模拟示波器取样模拟示波器l取样原理：取样原理：l在取样技术中，取样保持器是核心，可等效为在取样技术中，取样保持器是核心，可等效为一个取样开关（取样门）和保持电容的串联。一个取样开关（取样门）和保持电容的串联。

40、l两个取样脉冲间隔为：两个取样脉冲间隔为：Ts=mT+t，lt与与fh应满足取样定理：应满足取样定理：t1/2 fhl实时取样时，以实时取样时，以t为取样间隔，完成一个信号为取样间隔，完成一个信号周期（周期（T）的采样需）的采样需n次，即：次，即： T=ntl非实时取样时，非实时取样时，n次取样之后：次取样之后：t=n(mT+t)=(mn+1)T，因而，取样后比原信号，因而，取样后比原信号频率降低了频率降低了(mn+1)倍倍取样模拟示波器取样模拟示波器输入信号输出信号ui(t)uo(t)取样脉冲p(t)取样门RCSl显示原理：显示原理：l连续周期信号经（非实时）取样后，得到一系连续周期信号经（

41、非实时）取样后，得到一系列时间上离散的采样点（窄脉冲串），并经放列时间上离散的采样点（窄脉冲串），并经放大和延长电路后保持，再通过大和延长电路后保持，再通过Y Y放大器施加到放大器施加到Y Y偏转板，荧光屏上将显示出一系列不连续的光偏转板，荧光屏上将显示出一系列不连续的光点，当这些光点足够密集时，则可观测到近似点，当这些光点足够密集时，则可观测到近似连续的波形。连续的波形。l取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，阶梯持续时间为阶梯持续时间为mT+t ，阶梯数对应屏幕上，阶梯数对应屏幕上显示的不连续的光点数。显示的不连续的光点数。取样模拟示波器取样模拟示

42、波器输入信号Y放大器输出tmTt2 t 3 t4 tsTmTt12345tX放大器输出（扫描阶梯波电压）取样门取样门放大器放大器展宽门展宽门展宽电路展宽电路垂直放垂直放大器大器取样脉冲取样脉冲发生器发生器展宽脉冲展宽脉冲发生器发生器触发电路触发电路快斜波快斜波发生器发生器比较器比较器步进脉冲步进脉冲发生器发生器阶梯波阶梯波发生器发生器水平放水平放大器大器垂直信垂直信号输入号输入触发输入触发输入取样模拟示波器取样模拟示波器取样模拟示波器取样模拟示波器触发脉冲t2 t3 tsTmTt步进延迟脉冲快斜波、阶梯波mT1234步进延迟脉冲产生的波形图步进延迟脉冲产生的波形图l主要参数主要参数l带宽带宽

43、对取样门的要求是元件的高频特性要足够好；取对取样门的要求是元件的高频特性要足够好；取样脉冲本身要足够窄。当取样门所用元件工作频率足够样脉冲本身要足够窄。当取样门所用元件工作频率足够高时，取样门的最高工作频率高时，取样门的最高工作频率(用用f3dB表示表示)与取样脉冲底与取样脉冲底边的宽度边的宽度成反比：成反比：f3dB=0.440.64/ （规则脉冲：（规则脉冲：f3dB=0.44/ ，尖脉冲：，尖脉冲：f3dB=0.64/ ）l取样密度取样密度 取样密度是指电路扫描时，在示波器屏幕取样密度是指电路扫描时，在示波器屏幕X轴轴上显示的被测信号每格所对应的取样点数，常用每厘米上显示的被测信号每格所

44、对应的取样点数，常用每厘米的光点数来表示。的光点数来表示。l等效扫速等效扫速 等效扫速定义为被测信号经历时间与水平方等效扫速定义为被测信号经历时间与水平方向展宽的距离比。在取样示波器中，虽然在屏幕上显示向展宽的距离比。在取样示波器中，虽然在屏幕上显示n个亮点需要个亮点需要n（mT+t）的时间，但它等效于被测信号）的时间，但它等效于被测信号经过了经过了nt的时间。的时间。取样模拟示波器取样模拟示波器数字存储示波器（数字存储示波器（DSODSO）衰减器放大器触发电路A/D转换器延迟线存储器（RAM）D/A转换器地址计数器D/A转换器垂直放大器水平放大器扫描发生器逻辑控制电路（微处理器）输入外触发内

45、外实时存储实时实时存储存储至X偏转板至Y偏转板模拟模拟通道通道取样取样/ /保持保持A/DA/D变换变换存储存储器器触发电触发电路路时钟时钟电路电路电源电源控制控制电路电路计算计算机机显示显示信号信号输入输入触发触发输入输入数字存储示波器（数字存储示波器（DSODSO）数字存储示波器（数字存储示波器（DSODSO）特点特点l波形的采样波形的采样/ /存储与波形的显示是独立的存储与波形的显示是独立的 l能长时间地保存信号能长时间地保存信号l先进的触发功能先进的触发功能 它不仅能显示触发后的信号，它不仅能显示触发后的信号，而且能显示触发前的信号，并且可以任意选择超而且能显示触发前的信号，并且可以任意选择超前或滞后的时间。前或滞后的时间。l测量准确度高