Training示波器基础

1、Page 1汪进进汪进进 1382876329713828763297Page 219641964年成立年成立, ,专业研制高能物理测专业研制高能物理测试仪器试仪器. .19701970年开始生产电子测试仪器年开始生产电子测试仪器. .19841984年开始生产数字示波器年开始生产数字示波器. .19951995年在年在NASDAQNASDAQ股票市场上市股票市场上市. .20022002年推出创新的年推出创新的X XStreamStream技术技术系列示波器系列示波器. .世界三大数字示波器供应商之一世界三大数字示波器供应商之一. .串行数据市场占有率第一串行数据市场占有率第一世界上唯一一家

2、专业、专注于数字世界上唯一一家专业、专注于数字示波器的公司示波器的公司科学家的测试仪器科学家的测试仪器力科公司简介丰富的高技术产品开发经验公司总部设在美国纽约公司总部设在美国纽约.Page 3我们在持续创新Page 4力科全系列示波器产品：为您探索数字世界保驾护航 60MHz-100GHz示波器带宽带宽 Signal Complexity 1.5 GHz 6 GHz100 MHz 500 MHz60 MHz 300 MHz200 MHz 1 GHz400 MHz 2 GHz4 GHz 30 GHz100 GHz 通过量身定制扩展工程师的能力通过量身定制扩展工程师的能力 应用深入的调试和分析工具

3、箱，以数字应用深入的调试和分析工具箱，以数字方式和可视方式提取实用信息方式和可视方式提取实用信息 准确地捕获、测准确地捕获、测量和显示信号量和显示信号 满足怀信心地查看、满足怀信心地查看、调试、验证或检查标调试、验证或检查标准准一致性一致性 集成集成硬件和硬件和软件结构，软件结构，缩短测量时间，提供洞缩短测量时间，提供洞察力察力我们创造示波器我们创造示波器:Page 5力科公司致力于做世界上最好的示波器 世界上最高带宽的示波器世界上最高带宽的示波器 30GHz VS30GHz VS 20GHz VS 13GHz20GHz VS 13GHz 世界上最高采样率的示波器世界上最高采样率的示波器 80

4、GS/s VS80GS/s VS 50GS/s VS 40GS/s50GS/s VS 40GS/s 世界上最高可分析存储深度的示波器世界上最高可分析存储深度的示波器 512Mpts VS512Mpts VS 40Mpts VS 40Mpts40Mpts VS 40Mpts 世界上最强大分析能力的示波器世界上最强大分析能力的示波器 300300倍眼图速度倍眼图速度 最精确抖动分解方法最精确抖动分解方法 最快捕获异常信号能力最快捕获异常信号能力 Page 6示波器的基本原理示波器的基本原理带宽带宽 采样率采样率 量化误差量化误差 存储深度存储深度 通道叠加通道叠加 插值算法插值算法 触发触发 特别

5、工作模式特别工作模式显示功能显示功能测量功能测量功能直方图直方图 FFT FFT 抖动追踪抖动追踪WaveScanWaveScan TriggerScanTriggerScan归档功能归档功能Page 7示波器的基本原理Page 8示波器的五大基本功能 Capture And Store The Signal View The Signal In A Variety Of Display Formats Measure The Signal Using Cursors And Parameter Readouts Analyze The Signal Using Waveform Math A

6、nd Signal Processing Document The Signal Using Waveform Storage And Graphics FilesPage 9一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Page 10DSO的屏幕显示 垂直范围是垂直范围是 8 8 x x Volts/Div Volts/Div 8 8位位ADCADC的的256 256 二进制码二进制码 捕获时间捕获时间 = 10 = 1

7、0 x x Time/DivTime/Div 采样率采样率 = 1 / = 1 / 采样周期采样周期 = = 存储深度存储深度 / / 采样时间采样时间 存储深度存储深度 = = 采样率采样率 x x 采样采样时间时间 数字带宽数字带宽 ( (奈奎斯特频率奈奎斯特频率) ) = = 采样率采样率 / / 2 2 能观察到的最高频率和最低能观察到的最高频率和最低频率的比率频率的比率= = 存储深度存储深度 / 2 / 2Capture TimeSamplePeriodTime/DivVolts/DivADC Full ScalePage 11捕获信号的原则原则 #1最小化量化误差原则 #2至少捕

8、获感兴趣的一个周期的的低频成分原则 #3时刻警惕采样率，小心混叠原则 #4在有些时候使用一些特别的获取模式或处理方法Page 12带宽带宽模拟带宽数字带宽系统带宽Page 13带宽带宽带宽就是输出降低到输入的70.7%时的频率Page 14带宽与上升时间Page 15实际带宽Page 161 1V V-3db=0.707V带宽带宽频率电压 tr scope (ns) =350/bandwidth(MHz) =350/bandwidth(MHz) Measured risetime(tr) Measured risetime(tr)2 2 = (tr signal) = (tr signal)2

9、 2+(tr scope)+(tr scope)2 2 +(tr probe)+(tr probe)2 2需要多高的带宽？需要多高的带宽？Page 17需要多高的带宽？需要多高的带宽？ 首先取决于您需要测试的信号类型及您希望的测试准确度。 最重要的因素是对上升时间和幅值测量的准确度要求。 对串行信号而言，数据比特率和上升时间是最重要的两个因素. 有一个非常好的评估准则是: 示波器的带宽 1.8 1.8 X X 信号比特率信号比特率. 在这个准则下， 如果被测信号的上升时间20%UI,那么1.8关系的带宽能捕获信号能量的99%. Page 18上升时间与带宽的关系上升时间与带宽的关系Page 1

10、9PSD vs Risetime and BitrateThis graph shows the Power Spectral Density of the frequency content of a serial data signal as a function of the risetime of the signal. Fast risetimes ( 0-10 % of a UI) have more high frequency content. Note the horizontal axis is in multiples of the bit rate. Peaks are

11、 at odd multiples of half the bit rate.This graph courtesy of Pete PupalaikisPage 20延伸阅读延伸阅读关于示波器的带宽关于示波器的带宽示波器响应方式对信号采集保真度的影响示波器响应方式对信号采集保真度的影响Eye_Patterns_in_ScopesEye_Patterns_in_ScopesHoward_Adequate_BandwidthHoward_Adequate_BandwidthPage 21采样率采样率Page 22采样基础 采样率是模拟信号中包含的最高频采样率是模拟信号中包含的最高频率的两倍时，模

12、拟信号可以没有失率的两倍时，模拟信号可以没有失真地被重构真地被重构 这个采样频率被称为这个采样频率被称为 NyquistNyquist 频频率率 这表示数字化波形能表征的最高频这表示数字化波形能表征的最高频率是采样率的一半率是采样率的一半- -这就是波形理这就是波形理论上的数字带宽论上的数字带宽窄带波形如正弦播需要窄带波形如正弦播需要4倍于信号频率的采样率倍于信号频率的采样率宽带信号如脉冲需要宽带信号如脉冲需要以波形频率的至少以波形频率的至少10倍倍来采样，决定于波形的来采样，决定于波形的上升时间上升时间Page 23采样过程经过放大器的输入波形加到快速电子开关经过放大器的输入波形加到快速电子

13、开关 每个采样周期内开关暂时关闭使保持电容被充电到采样电压值每个采样周期内开关暂时关闭使保持电容被充电到采样电压值摸数转换器在下一个周期前将每个采样点的电平转换为一个数字值摸数转换器在下一个周期前将每个采样点的电平转换为一个数字值INPUTWAVEFORMSAMPLEDWAVEFORMFIELD EFFECTTRANSISTOR (FET)SWITCHHOLDCAPACITORSAMPLING CLOCKPage 24数字化基础 所有的力科示波器都采用了并行的所有的力科示波器都采用了并行的模数转换器模数转换器(ADC)(ADC) 垂直精度是垂直精度是8 8位或者说是位或者说是1/2561/25

14、6 模数转换的速率在模数转换的速率在4 4通道同时使用时通道同时使用时可达到可达到40GS/s 40GS/s 在在ADCADC的两通道或更多通道交替使用的两通道或更多通道交替使用时可以达到更高的采样率时可以达到更高的采样率一个一个4 4位的位的ADCADC表示了数字化的典型工作原理表示了数字化的典型工作原理. .每个采样值和不用权重的参考值进行比每个采样值和不用权重的参考值进行比较较. . 比较器的输出解码为带符号的二进制数值比较器的输出解码为带符号的二进制数值+-+-+-+-+-+V INPUTV REFV REF / 8V REF / 4V REF / 2VoltageComparator

15、sI0I1I2I3I4I5I6I7O0O1O2Encoding LogicPage 25数字化基础 N N比特垂直精度的数字化仪将一个比特垂直精度的数字化仪将一个模拟电压转换为模拟电压转换为N N比特的数字比特的数字 # Bits# Bitsresolutionresolution 8 8 255:1 255:1 N N (2(2n n - 1):1- 1):1 数字化的输出采用带符号的二进数字化的输出采用带符号的二进制格式制格式 采用带符号的二进制采用带符号的二进制, ,屏幕顶部产屏幕顶部产生的代码是生的代码是 +127, +127, 屏幕中间是屏幕中间是 0, 0, 屏幕底部是屏幕底部是

16、-128-128 二进制代码根据垂直增益和偏置二进制代码根据垂直增益和偏置量化后转换为电压值量化后转换为电压值 数字化的精度可以通过信号处理数字化的精度可以通过信号处理方式如平均或加强分辨率（数字方式如平均或加强分辨率（数字滤波）的方式增加滤波）的方式增加DecimalSigned Binary+12711111111+110000001 010000000-101111111-12800000000Page 26为什么需用高采样为什么需用高采样？0.010.11100.1110Sample Rate / BandwidthStandard Deviation Of Risetime超过带宽5

17、倍以上的采样率可保证好的测量精度测试脉冲波,需在上升沿采样大于5个点高采样率减少了测试波形的失真。Sample RateTime/PointSample Rate /BandwidthAverageRisetimeStandardDeviation200 MS/s5 ns0.24.7 ns1.3 ns500 MS/s2 ns0.52.3 ns0.6ns1 GS/s1 ns1.01.6 ns0.1 ns2 GS/s0.5 ns2.01.27 ns0.03 ns5 GS/s(RIS)0.2 ns5.01.16 ns0.02 ns10 GS/s(RIS)0.1 ns10.01.15 ns0.02 n

18、sPage 27采样率太低会导致混叠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。SAMPLING CLOCKINPUT SIGNALALIASED SIGNALPage 28哪个测量结果是正确的? 这两个波形看起来是一致的，但测量出的频率却大不相同 判断波形失真的线索: 上一个波形没有和触发点相对齐。 上一个波形测出的频率近似为下面波形的频率减去两倍采样率 经验: Always keep an eye on the Always keep an eye on the sampli

19、ng rate!sampling rate!Measured Frequency = 28.049 MHzMeasured Frequency = 527.9 MHzPage 29取样速率的影响 取样速率决定捕获信号的时间分辨率。 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Page 30量化误差量化误差Page 31量化误差 8位的ADC能代表的是256个量化级别 满栅格显示的信号充分利用了ADC 信号的显示小于满栅格增加了量化台阶,减小了精度 满栅格 = 8-bit 精度 栅格 = 7-bit 精度 栅格 = 6-bit 精度 不确定栅格= Vfu

20、ll scale / 2n, n = number of bits 利用可变增益来精确测量信号的某一部分来充分利用好ADC的范围对对上升沿的放大表明上升沿的放大表明了量化了量化误误差的影响差的影响Page 32只有一个栅格的情况下将每个波形压缩到1/4的尺度减小了垂直分辨率到6bits但允许所有的波形被观察到 将每个波形都显示为满栅格保持有8bits的垂直分辨率但很无法清楚地观察每个波形Page 33Multi-Grid Eliminates Compromise 多栅格显示可以独立的使每个波形都能满栅格显示 不需要在高垂直分辨率和可视性方面妥协了 可选择1,2,4,8栅格显示Page 34多

21、栅格显示提高了垂直精度Reduced standard deviation in lower display indicates improved measurement accuracy and repeatabilityPage 35多栅格显示提高了时域测量参数精度Reduced standard deviation in lower display indicates improved measurement accuracy and repeatabilityPage 36延伸阅读 关于电源纹波测量关于电源纹波测量 动态范围和纹波测量动态范围和纹波测量Page 37存储深度存储深度Pa

22、ge 38需要长存储的测试需要长存储的测试雷达 无线通信光产品调试频域分析因果调试发现随机或罕见的错误统计分析抖动追踪分析眼图 (减少触发抖动的影响)数据采集高频与低频混合系统最大存储长度 = 最高采样率 x最大采样率窗口力科WM 8 Zi系列 : 20M = 20Gs/s x 1msPage 39DSO 取样速率和记录长度1234567891011121314151617181920记录长度记录长度18N123tt 取样速率取样速率 = = N Nt t / sec / sec 时间窗口时间窗口= = 记录长度记录长度 / / 取样速率取样速率放大器时钟显示处理器模数转换器8取样和保持采集内

23、存Page 40250 kpts1 Mpts8 Mpts100 Mpts存储深度决定了实际采样率的大小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更高的采样率= 更小的混叠Sampling RateTime/DivisionAcquisition Memory10 GS/s1 GS/s100 MS/s10 MS/s1 MS/s100 kS/s100 ns10 ns1 ns100 us10 us1 us100 ms10 ms1 ms100 ps500 us/div20 us/div5 us/div1 us/divApplication Example: Analyzing Serial A

24、TA (1.5 Gbps) or PCI Express (2.5 Gbps) signal with Spread Spectrum Clocking requires timebase of 10 us/div to capture three cycles of SSC.A scope with 250 kpts memory cannot sample at more than 2.5 GS/s and will alias the signalA scope with 1 Mpts of memory can sample at up to 10 GS/s and can analy

25、ze the signal with reduced precisionA scope with 2 Mpts or more memory can sample at 20 GS/s and can analyze the signal without compromisePage 41250 kpts1 Mpts4 Mpts100 Mpts存储深度决定了有效带宽在短的时基设定下，有效带宽由示波器模拟带宽决定。在长的时基本设定下，存储深度决定了有效带宽。长存储使得有更高的采样率，结果导致随时间的增加有效带宽的减小很小Bandwidth (Analog & Digital)Time/D

26、ivision (Minimum Visible Frequency)Acquisition Memory10 GHz1 GHz100 MHz10 MHz1 MHz100 kHz100 ns(1 MHz)10 ns(10 MHz)1 ns(100 MHz)100 us(1 kHz)10 us(10 kHz)1 us(100 kHz)100 ms(1 Hz)10 ms(10 Hz)1 ms(100 Hz)100 ps(1 GHz)500 us/div20 us/div5 us/div1 us/divApplication Example: Viewing AC power modulation

27、on a signal requires a timebase setting of 2 ms/div to see one 60 Hz cycle.A scope with 250 kpts memory has an effective bandwidth of 6.25 MHz at 2 ms/divA scope with 1 Mpts memory has an effective bandwidth of 25 MHz at 2 ms/divA scope with 100 Mpts memory has an effective bandwidth of 2.5 GHz at 2

28、 ms/divPage 42长存储能减小混叠 随着时基的增加，用到的存储深度会增加或采样率会下降 如果捕获时间和采样率的乘积超过了最大存储深度，采样率会下降 更深的存储深度使得在给定采样率下能捕获更长时间的波形 更深的存储深度使得在给定捕获时间下有更高的采样率和数字带宽 更高的采样率减小了混叠的风险Page 43长存储能让你看到更多! 存储深度决定了DSO同时分析高频和低频现象的能力 低频信号中有高频噪音 高速信号中有低频调制Page 44延伸阅读 采样率和存储深度Page 45通道叠加通道叠加Page 46采样率和存储器是如何叠加使用的采样率和存储器是如何叠加使用的FASTACQUISITI

29、ONMEMORYDIGITIZERFASTACQUISITIONMEMORYDIGITIZERANALOGDELAYCH 2INPUTFASTACQUISITIONMEMORYDIGITIZERFASTACQUISITIONMEMORYDIGITIZERANALOGDELAYCH 3INPUT当当2 2通道工作时通道工作时, ,通道通道1 1和和2 2工工作在叠加模式作在叠加模式, ,通道通道3 3和和4 4也工也工作在叠加模式作在叠加模式. .一个通道延迟一个通道延迟 的采样周期的采样周期采样使得采样率加倍采样使得采样率加倍 每个数字化芯片都可以工作每个数字化芯片都可以工作在最大采样率在最大

30、采样率, ,它们协同工作它们协同工作. .采样过程中交替读取捕获存采样过程中交替读取捕获存储器中的采样点储器中的采样点Page 47插值算法插值算法Page 48插值 插值是指在采样的点中间添加数据点来使得波形平滑 开始使用该方法是为了弥补采样率的不足 不用的插值方法可能产生不同的波形 最常用的插值方法是sin(x)/x,但也还有其它的插制方法Page 49Sin(x)/x - The Good sin(x)/x运算法则对圆形信号重组很有帮助，如对正弦波 Sin(x)/x不能解决非正弦畸变问题1 GS/s NoInterpolation1 GS/s sin(x)/xInterpolationA

31、ctual Signal(200 GS/s, RIS Mode)Page 50Sin(x)/x - The BadSin(x)/x方法在用于直的上升沿信号上一定要小心 插值方法的预测性特点会导致在转换的位置上产生不正确的信号 前冲和过冲畸变插值算法不能显示在数字采样中间意外的的行为。显然，“干净”的波形能给出错误的安全感。用户必须意识到示波器的这个特点!Pre-shootOvershootBothPage 51Sin(x)/x - The Ugly有些厂商默认为sin(x)/x插值来掩盖采样率的限制 对正弦信号工作起来正常，但可能对一些方波信号会产生一些预想不到的后果对大多数高端示波器的用户主

32、要是的测试对象是方波信号最好的方法是过采样，不要采用插值算法 假设要分析的信号的类型是冒险的 过采样对任何信号类型都是可靠的 原则: 任何时候尽可能保证边沿上有4个采样点含义 示波器必须有足够的存储深度来确保在快采样率下捕获足够的时间间隔 示波器处理速度要足够的快使得用户在使用长存储时有信心Page 52延伸阅读 DSO中的内插技术Page 53触发功能触发功能Page 54采集内存 - 循环缓冲触发告诉DSO什么时候停止采集在DSO中，触发可以位于记录中的任何地方采集内存是一个循环缓冲，新数据会覆盖最老的数据，直到采集过程结束nn-1n-2n-3最老的样点最新的样点T触发点 = 50%的内存

33、Page 55触 发触发：按照需求设置一定的电压幅值、时间、波形变化率等方面的条件，当波形流中的某一个波形满足这一条件时，示波器即实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。触发条件的唯一性是精确捕获的首要条件为了观察特定波形之前发生的更多事件，把触发点往显示窗口右方推移一段时间，即是延迟触发；为了了解特定波形之后发生的更多事件，把触发点往显示窗口左方推移一段时间，即是超前触发。Page 561, 隔离感兴趣的事件2, 稳定显示波形 触发电路的作用就是保证每次时基在屏幕上扫描的时候，都从输入信号上与定义的触发点相同的点开始，这样每一次扫描的波形就同步的，从而显示稳定的波形，见图b/c；没有触发

34、电路在屏幕上看到的将会是具有随机起点的很多波形杂乱重叠的图象，见图a 。 触发是使用示波器最麻烦的一点，示波器提供了许多触发方式，可根据测量问题加以应用。 作为数字示波器来说，触发实际上参与了确定波形的存储起点。321不正常触发不正常触发正常触发正常触发abc示波器触发的作用Page 571, 1, 触发源触发源2 2，触发点，触发点3, 3, 触发电平触发电平4 4，触发方式，触发方式5, 5, 触发模式触发模式触发相关的五个名词Page 58智能触发隔离出感兴趣的事件 边沿触发能识别出的只是信号边沿和电压 智能触发能被用于隔离想看的事件或信号中的异常部分并产生稳定显示的波形 宽度 毛刺 间

35、隔 条件 状态 漏失 逻辑 智能触发的灵活使用=更快的结果!Trigger occurs on falling edge of narrower pulseTrigger can occur on rising edge of either pulsePage 59宽度(Width)和毛刺(Glitch)触发根据信号宽度值/毛刺值触发，可选正向或负向宽度/毛刺,可用于捕捉信号中的罕见宽度/毛刺信号. 能检测600ps到20s的毛刺有包含/排外选择模式Page 60最长保持20秒或 1到9,999,999个 事件保持触发holdoff根据信号满足设定持续时间值（Time）或事件数（Evts）后触

36、发Page 61间隔触发Interval范围从2ns到20s有包含/排外选择模式根据信号周期或间隔值大小触发Page 62条件触发Qualify和状态触发State根据信号周期或间隔值大小触发 状态触发状态触发State:State: 当第二个波形设定 条件满足并保持该 状态后,在第一个 波形边沿处触发. 条件触发条件触发Qualify:Qualify: 当第二个波形设定 条件满足一次后, 在第一个波形边沿 处触发.状态触发状态触发StateStatePage 63逻辑触发Logic 各通道信号分别同 时满足所设定逻辑 电平条件及所选择 的逻辑关系后触发 可选逻辑条件: 与 (And) 非与

37、(Nand) 或 (Or) 非或 (Nor)Page 64CaseCade触发四级硬件触发四级硬件触发:A,B,C,D:A,B,C,D每级触发包括以下触发方式每级触发包括以下触发方式: :Width, Glitch, Window, State, Dropout, Interval, Timeout, Runt, and SlewRate 按排列组合按排列组合, ,总计共有总计共有25002500种以上触发方式种以上触发方式Page 65延伸阅读关于示波器的触发功能 I关于示波器的触发功能 II Page 66特别工作模式特别工作模式Page 67实时模式 描述 操作中的正常模式 使用 适合重

38、复性的和非重复性的波形. 缺点 只要采样率足够,没什么确定Page 68顺序模式 描述将存储深度分成若干段每一段里被当作独立的存储空间每一段里存放当前触发到的波形 给出相邻每个事件捕获的时刻和相邻两次事件的时间间隔 使用适合于重复性和非重复性的波形 充分利用存储空间，忽略掉事件中不感兴趣的的部分最小化捕获的死区时间加快定位异常事件Page 69 顺序采集模式Sequence将示波器存储器分成数段，分段顺序记录符合触发条件的信号，但不符合触发条件或无信号输入時，示波器将不采集信号。分段时标可在时间分段时标可在时间状态中查看状态中查看 2-20000 段段 典型寂静时间为典型寂静时间为6us Pa

39、ge 70从顺序采集模式的显示中发现问题.Page 71随机间隔采样模式-RIS 描述 RIS 工作原理和采样示波器类似，通过多周期采样来重组波形使得采样率很高 使用 只能用于周期重复性的波形 可以提高时域精度（达到 200 GS/s) 缺点 需要重复采样来完成捕获，应用场合不多 波形刷新率很低Page 72RIS通过多次捕获产生一个重组的波形 RISRIS模式下通过多次捕获来产生模式下通过多次捕获来产生一个重组的波形，获得更高的有一个重组的波形，获得更高的有效采样率效采样率 测量出触发点和第一个采样点之测量出触发点和第一个采样点之间的时间作为定位每次捕获的依间的时间作为定位每次捕获的依据据

40、通过多次采样才能获得足够多的通过多次采样才能获得足够多的采样点，如果捕获过程被中断会采样点，如果捕获过程被中断会看到看到 “ “Incomplete RIS Incomplete RIS Acquisition”Acquisition”的信息提示的信息提示RISRIS的工作原理就象采样示波器一样，通过多次捕获产生的工作原理就象采样示波器一样，通过多次捕获产生重组后的波形从而具有更高的有效采样率重组后的波形从而具有更高的有效采样率Acquisition #1Acquisition #2Acquisition #3Acquisition #NHorizontalOffset #1Horizonta

41、lOffset #2HorizontalOffset #3HorizontalOffset #NSample PointsSample PointsSample PointsComposite AcquisitionAt Higher EffectiveSampling RatePage 73滚动模式 - 低速数据的快速查看当采样率低于示波器显示的刷新率时，我们将采样到的每一个采样点都显示到屏幕上，这就消除了在实时模式下波形刷新之间的死区时间 滚动模式下的显示就如皮带轮的移动，随着采样的进行，采样点从左边逐渐移动到右边 示波器随着调节时基增加会自动进入滚动模式。但有些示波器的滚动模式不是自动选

42、择的，每次要激活滚动模式时，必须设置好采样率和时基，从时基对话框中手动选择滚动模式 Page 74增强分辨率模式-ERES 描述 ERES通过对波形滤波增强了垂直分辨率 在1/2bit中增加了3bit的垂直分辨率 使用 适合于单次或周期重复性波形 减小波形上的噪音 增加电压测量的精度 缺点 在1/2bit上有效数字带宽 降低了50% EBW = SR x 0.52n+1, SR = 采样率n = ERES 中的比特位设置 Page 75波形平均 描述 对多次捕获到的波形进行平均 使用 只能对重复性的波形适合 减小波形上的噪音 帮助揭示重复性的异常信号 增加了电压测量的精确度 缺点 将掩盖瞬间事

43、件Page 76延伸阅读顺序模式RIS和Roll模式 Page 77显示功能Page 78模拟余辉 描述累积多次捕获的数据点并用浓度、颜色和3D方式来分级 使用揭示信号的失真产生眼图评估抖动观察欠采样的波形识别混叠 注意触发抖动太大会对模拟余辉产生影响Page 79模拟余辉能揭示混叠 余辉能被用来揭示混叠，显示真正的波形，不管是否欠采样 余辉轨迹平均能复制出实际的波形, 可根据此波形来进行全面分析 条件 信号一定是重复性的 触发点相对于实际信号是稳定的Page 80多栅格和多窗口处理波形多达8个栅格分别显示各路信号8个栅格中的每路信号都具8位垂直分辨率多达8个相对独立的水平和垂直扩展窗彩色指示

44、能清楚的分辨各个窗口的信号源串联扩展串联扩展并联扩展并联扩展Page 818窗口显示和分析波形Ch1原始波形F1-F8分析显示F1：抖动分析F2：直方图分析F4：波形扩展F5：FFT分析F6：直方图分析F7：波形扩展F8：直方图分析Page 82多窗口8bits显示波形-更高的幅度分辨率 2个栅格分别显示2路信号 每路信号都具8bits垂直分辨率 高的幅度测试精度 1个栅格显示2路信号 每路信号只有7bits垂直分辨率 低的幅度测试精度Page 83多窗口游标测量自动滚动显示多窗口自动滚动显示多窗口自动滚动显示多窗口游标测量多窗口游标测量Page 84XY 显示、余辉显示、三维动态 可同时显示

45、时域信号和可同时显示时域信号和XYXY显示图显示图. . 可分别设置各路信号余辉开关可分别设置各路信号余辉开关. . 可三维动态显示信号可三维动态显示信号. . CDMA信号Page 85测量功能Page 86已捕获到了信号 下一步是? 一旦信号被高保真的捕获了之后，数字示波器提供了一系列的工具来从这些信号中提取有用的信息Page 87光标测量 最基本的测量工具是从模拟示波器中沿用过来的 容易设置和使用 需要使用者去看测量波形的位置 测量精度有限 容易有使用者误差 不能利用DSO的处理速度和精确度Page 88放大后用光标测量放大有助于查看波形细节和用游标测量捕获时间很长的信号放大能用于任何波

46、形上能同时显示8个波形每个放大的波形都是完全独立的源波形水平位置和尺度垂直位置和尺度游标能表示出所有轨迹的时间和幅度关系Screen shot shows a long acquisition (200 us 20 GS/s) plus a zoom plus two zooms on the first zoom! Increases probability of capturing infrequent anomaliesPage 89参数测量能同时显示8个测量参数数据每刷新一次参数就重新计算一次每个参数可分别设置测量门限用自动测量功能的好处 快 方便 准确 可重复性Page 90参数算法

47、Page 91参数算法Page 92l一次测量屏幕上所有一次测量屏幕上所有事件的参数事件的参数l单次扫描可测量统计单次扫描可测量统计数以百万个事件数以百万个事件l容易识别出异常的最容易识别出异常的最大值最小值大值最小值l显示的读数值没有包显示的读数值没有包含测量参数的分布状含测量参数的分布状况和周期性况和周期性Value of last measurementMeanMinMaxStandard deviationNumber of measurements takenPage 93仅仅测量当前捕获到所有仅仅测量当前捕获到所有波形中一个波形的参数波形中一个波形的参数测量一次捕获到的测量一次捕获

48、到的所有波形的参数所有波形的参数Page 94范围内参数测量(Gate)Page 95范围内参数测量(RQM)Page 96Parameter QualifiersPage 97Width Not MeasuredWidth MeasuredC1 lowC1 highRQM功能在时序测试中的应用Page 98自定义参数测量Allows user-defined in-line custom measurements自定义的测量参数可以像传统的参数一样添加到测量参数列表中Page 99IEEE Risetime DefinitionEMC Risetime Custom DefinitionEM

49、C Risetime Custom DefinitionPage 100Custom EMC Pulse MeasurementEMC Risetime Custom DefinitionPage 101延伸阅读AIMRange Qualify and Gate measurementPage 102直方图Page 103 每个参数都有单独的“直方图” 直方图表明了参数值的统计分布状态 直方图形状能提供电路特性的线索直方图Page 104什么是直方图 ? 直方图范围被分成子区域或柱体 直方图统计出参数值落入每个柱状中的次数，根据次数相对整个区间事件次数的比值进行绘图。Page 105直方图表示

50、了信号的调制特性Page 106参数直方图分析 频率直方图为正态分 布,揭示信号频率仅 有受噪声影响的随机 抖动. 脉冲宽度的直方图为 非正态分布,揭示信号 宽度变化有固有抖动. 参数直方图描绘了数据或参数值在一个确定范围参数直方图描绘了数据或参数值在一个确定范围 ( (Bin)Bin)内出现的概率内出现的概率. . 参数直方图可显示和分析信号关键特征的稳定性和抖动参数直方图可显示和分析信号关键特征的稳定性和抖动. .Page 107FFTPage 108FFT 分析测量参数 虚部 相位 功率密度 功率频谱 实部窗口功能 Rectangular Von Hann Hamming Flat To

51、p Blkman-Harris 算法 LeastPrime Power2 最大可分析25 Mpts采集数据.Page 109最小频率分辨率与捕获时间的关系Page 110长存储产生更好的FFT结果 长存储增加了频率分辨率和提高信号对噪音的比率 一些非常细节的信息需要在20Mpts的记录长度下才能分析出来. 注意：对长波形的FFT分析需要超强的数据处理能力,超过有些示波器的运算极限!Peaks are clearly resolvedScalloped shape indicates pulse modulationPeaks cannot be distinguishedCannot tell

52、 anything about modulationCapture Time= 1 ms (20 Mpts)Capture Time= 50 us (1 Mpts)Page 111FFT频率范围与采样率的关系Page 112混叠与泄露混叠 对那些具有无限频谱分量的连续时间周期信号如矩形和三角形等脉冲串，必然无法准确地从有限样点求得原始周期信号的频谱，而只能通过恰当地提高采样率，增加样点数，来减少混叠对频率分析造成的影响。泄漏 由于截取长度不当，原来比较集中的谱线出现了分散基本的扩展谱线的现象。 为避免泄露，对周期序列进行频谱分析应该去一个基本周期或基本周期的整倍数为宜。若待分析的周期信号事先不

53、知道其确切的周期，则可截取比较长时间长度的样点进行分析，以减少泄露误差。 不同的窗函数造成的泄露不一样。 Page 113窗函数窗函数的选择原则 主瓣宽度要小，并含有总能量中的尽可能多的百分比，以获得较陡的过渡带。 与主瓣的幅度相比，旁瓣应尽可能地小。 为了减小泄露造成的误差，应该选择旁瓣峰值小而衰减快的窗函数。Page 114抖动追踪(Track)Page 115Period JitterFunction P1P2P3PN-1PNP1P2P3PN-1PNSource Trace.抖动追踪: 在时域观察信号抖动或调制抖动追踪可测量信号参数随时间的变化(如: 周期,频率,宽度,周期-周期,占空比

54、,时间间隔误差,通道延迟,半周期,保持时间,建立时间等). 扫描时间与原始信 号相同 用纵轴显示时间参 数的变化 既可用于时钟波形也 可用于数据波形Page 116抖动追踪(续） 直方图揭示了参数值的统计分布,但不包括时间信息 抖动分析结果画出参数值相对于时间的变化轨迹 追踪的波形是逐周期计算的 追踪波形与源波形是时间上相对应的 Frequency is measured and plotted for each cyclePage 117抖动追踪(续) 长存储揭示了频率漂移的周期性特征 长存储在长的时基下防止信号因采样率不足而失真Page 118PLL时钟信号频率抖动. 电源纹波电源纹波带来

55、时钟信号额外的相位抖动. 抖动追踪应用 - 时钟相位抖动分析Power Supply VoltageDemodulated Clock (TIE JitterTrack)Clock SignalDemodulated Clock (Frequence JitterTrack)Page 119抖动追踪应用 - 电机驱动信号Page 120WaveScanPage 121WaveScanTM 高级搜索和分析20多种不同的扫描模式单一触发捕获/扫描/查找普通触发 “扫描” 高级采集后分析特性 实验：使用实验：使用WaveScan来捕获毛刺、矮脉冲、上升时间异常来捕获毛刺、矮脉冲、上升时间异常Page

56、 122用WaveScan捕获欠幅信号显示欠幅信号的幅度显示欠幅信号的幅度自动以信号幅度的自动以信号幅度的10、90来作为欠幅的高低电平值来作为欠幅的高低电平值Page 123 WaveScan Advanced Scan and Search设设置非常置非常简单简单,使用使用cursor测测量波形量波形边边沿的沿的宽宽度度像素或屏幕分辨率像素或屏幕分辨率(量化量化误误差差)会降低精度会降低精度只有只有单单个波形个波形,引入了触引入了触发发抖抖动动More action for choice after acquisitionMore than 23 parametersFor choice

57、in WaveRunner Page 124Search/Scan ConditionPage 125WaveScan Finding Intermittents that you cannot trigger onThis example finds rare edges that are nonmonotonic.The result is isolation of signal faults which could not be found using a hardware trigger unless you already knew the nature of the failure

58、.Page 126WaveScan Finding the Shape of Rare Events.In this example we see a zoom of a single rare event found by WaveScan. The user asked the scope to stop when it found a rare measurement of a risetime that was greater than normalPage 127TriggerScanPage 128128TriggerScan and WaveScan最快和最有效的调试工具捕获多次

59、发生的异常事件- 一次捕获满256 Mpts 存储深度- 找出时间关系Cause/EffectIsolateProblemRecognize Problem几分钟内查出异常信号而不是几个小时Page 129理解TriggerScan的关键点129TrggerScan是一种适合于调试信号的技术是一种适合于调试信号的技术 一种典型的调试情形是： 工程师知道电路中有些问题，他会假定问题的可能来源（比如怀疑时钟信号有毛刺） 于是他有一种本能的冲动去寻找证据来支持他的假定示波器上能看到想象中的毛刺 如果他找到了证据来支持他的假定或者隐隐约约能找到问题的蛛丝马迹，他需要通过触发来隔离出该问题，使有问题的信

60、号“停留”在触发点 一旦他来触发到有问题的信号，他就能追溯到电路中的其它位置来定位出该问题出现的原因，找出因果关系或进一步地通过其它各种手段来深入洞察该问题的特性 Page 130理解TriggerScan的关键点（续）130TriggerScan和DPO（或其它快刷新模式）在调试上的对比 调试问题的证据收集步骤调试问题的证据收集步骤 最容易，最简单的获得证据的方式是触发信号最容易，最简单的获得证据的方式是触发信号的边沿观察有没有毛刺。的边沿观察有没有毛刺。 这种传统方式下查看毛刺的能力和示波器的刷这种传统方式下查看毛刺的能力和示波器的刷新率成正比，和毛刺的出现概率及信号的边沿速新率成正比，和毛刺的出现概率及