Agilent Scope Basic

1、数字示波器基础数字示波器基础数字信号数字信号?Digital signal in digital electric circuit will not ok everywhere.The interconnect, match and crosstalk will affect the signal quality. 理想的数字方波信号理想的数字方波信号数字信号的带宽数字信号的带宽 Howard Johnson and Martin Graham, High-Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic, Prentice Hall, 1993

2、(ISBN:0133957241) 波形波形DroopRiseRingingOvershootValid Logic 1Valid Logic 0Pulse WidthRise TimeFall Time时序时序Data 7-0012345670121 25 2D2F012F数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排衰减器衰减器输入通道输入通道1前置前置放大器放大器AD采样采样通道通道Memory内插处理内插处理Sinx/x内插内插Linear内插内插显示、测量显示、测量和分析和分析触发系统触

3、发系统时基系统时基系统数字数字示波器参考体系结构示波器参考体系结构数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排小问题小问题使用使用100MHz示波器测试示波器测试100MHz，0V-1V的方波，示波的方波，示波器显示结果是什么？器显示结果是什么？示波器带宽定义为 -3dB带宽，简称带宽Bandwidth-3dBfdB带宽带宽50MHz方波方波看起来象什么看起来象什么?60MHz100MHz350MHz500MHz示波器示波器示波器示波器示波器示波器示波器示波器带宽带宽 影响影响来源于来源于: 前

4、置前置放大器放大器 探头探头及其附件及其附件带宽带宽影响信号测量的精度影响信号测量的精度影响影响信号信号:减缓减缓上升时间上升时间衰减衰减幅度幅度trtr带宽带宽系统系统带宽涉及：带宽涉及：系统系统带宽带宽 = 示波器示波器 + 探头探头 + 探测探测附件附件高阻高阻无源探头无源探头益处益处: 耐用性，较高耐用性，较高的电压输入范围，的电压输入范围，较高较高的输入电阻，的输入电阻，较低较低的价格的价格不足不足: 带宽带宽受限，一般受限，一般Math/FFT-Low Pass Filter改变不同改变不同的带宽，查看结果。的带宽，查看结果。您看到了什么？得出什么结论？您看到了什么？得出什么结论？

5、数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排 精密电阻链256级比较参考电压输入信号地256到8译码器输出数据实时数字化和数字存储高性能的关键技术采样采样基础基础实时实时采样：采样：Real Time (Single-Shot)等价等价时间采样：时间采样：Equivalent Time (Repetitive)序列序列采样：采样：Sequential Sampling (Repetitive)示波器示波器有三种采样技术有三种采样技术示波器采样技术示波器采样技术测试测试重复或单次信号重复或单次信号

6、一次一次触采集到所有样点触采集到所有样点前次前次触发采集的样点被刷新了触发采集的样点被刷新了采样采样率限制了示波器的系统带宽率限制了示波器的系统带宽采样率采样率决定分辨率决定分辨率Real Time (Single Shot) Technique实时采样技术实时采样技术1.知道知道你的信号的最快上升时间你的信号的最快上升时间, tr2.计算计算信号带宽信号带宽, BWsignalBWsignal = 0.4 / tr (20% to 80%)BWsignal = 0.5 / tr (10% to 90%)3.计算计算需要的示波器带宽需要的示波器带宽, BWscopeBWscope = 2 *

7、BWsignal (高斯高斯频响示波器频响示波器)BWscope = 1.4 * Bwsignal (Flat频响频响示波器示波器)4.计算计算需要的示波器采样率需要的示波器采样率, SRscopeSRscope = 4 * Bwscope (高斯高斯频响示波器频响示波器)SRscope = 2.5 * BWscope(Flat频响频响示波器示波器)测试测试信号需要多高采样率信号需要多高采样率?（实时采集）实时采集）当采样率当采样率SR 4 * BW（高斯频响）高斯频响），并不受益并不受益前端前端硬件硬件A/DSR 4*BWA/DSR = 4*BW在采样之前，在采样之前，毛刺已经被滤毛刺已经被

8、滤除了除了采样率越高越好吗？采样率越高越好吗？BW=2.25GHz, ET SamplingBW=500MHz, SR=5GSa/s输入信号输入信号: 1ns脉宽，脉宽，200ps上升时间上升时间BW=500MHz, SR=2GSa/s示例示例:当采样率当采样率SR 4 * BW（高斯频响）高斯频响），并不受益并不受益采样采样只能只能用来测量重复信号用来测量重复信号前次前次触发采集的样点被保存下来触发采集的样点被保存下来多次多次触发建立波形触发建立波形单次采样率并不关键单次采样率并不关键触发触发硬件影响分辨率硬件影响分辨率Equivalent Time (Repetitive) Techniq

9、ue1st Trigger2nd Trigger3rd Trigger等价时间采样技术等价时间采样技术Acq #1Acq #2Acq #3Acq #200等价时间采样的波形建立过程等价时间采样的波形建立过程信号信号上升时间为上升时间为tr = 1ns（1090）示波器示波器频响为高斯频响频响为高斯频响BWsignal = 0.5 / tr = 0.5 / 1ns = 500MHzBWscope = 2 * BWsignal = 2 * 500MHz = 1GHz（3%测试测试误差）误差）对对单次采样率没有具体要求单次采样率没有具体要求等价时间采样时的带宽和采样率要求等价时间采样时的带宽和采样率

10、要求只能只能用来测量重复信号用来测量重复信号一次一次触发采集一个样点触发采集一个样点 多次多次触发建立波形触发建立波形通常通常用在带宽用在带宽10GHz的的采样示波器上采样示波器上没有没有预触发信息预触发信息Sequential Sampling Technique1st Trigger2nd Trigger3rd Trigger序列采样技术序列采样技术试验试验查看采样点查看采样点操作：操作：Setup-Display:去掉去掉Connect Dots Setup-Trigger:选选Sweep为为Single按按Run，查看屏幕显示，您看到了什么？查看屏幕显示，您看到了什么？Setup-Di

11、splay:选中选中Infinite连续按连续按Run，查看屏幕显示，您看到了什么？查看屏幕显示，您看到了什么？试验试验测量一个信号，调整采样率，查看不同的采样率对测量测量一个信号，调整采样率，查看不同的采样率对测量的上升时间的影响。的上升时间的影响。连接连接Demo Clock或探头补偿信号或探头补偿信号操作：操作：Setup-Acquisition-Sampling Rate:Manual(Example:20GSa/s-10GSa/s-5GSa/s,测量上升时间测量上升时间（2080）您看到了什么？得出什么结论？您看到了什么？得出什么结论？试验试验查看内插处理方式对结果的影响查看内插处理

12、方式对结果的影响测量上升时间测量上升时间操作：操作： Setup-Acquisition选中和去掉选中和去掉Sin(x)/x Interpolation,查看测试结果查看测试结果去掉去掉Sin(x)/x Interpolation，增加采样率，插看增加采样率，插看测试结果测试结果您得出什么结论？您得出什么结论？数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排每个每个样点都必须被存储在存储器里样点都必须被存储在存储器里存储存储深度越深，存的样点数越多深度越深，存的样点数越多捕获捕获长时间的信号，如果需

13、要保证不失真的话，也需要深内存长时间的信号，如果需要保证不失真的话，也需要深内存数字数字示波器的存储目的示波器的存储目的14 16 43 122 176 232 231 229 228示波器内存示波器内存存储器存储器 记录长度 x 采样率 存储深度e.g. sampling rate = 1 Gas/s, sample period = 1/1G = 1ns 10ms = 1ns x 10M !10ns/div500 nsec1sec 121 GSa200 MSa1ns X 1000 = 1us 5ns X 1000000= 5 ms 1 11111 1 1 1 111111 11111sam

14、ple periodsample period = 1 / (Sampling Rate)存储深度与采样率的关系存储深度与采样率的关系 time base = 1us/Div10 us1 us10 mstime base = 1ms/Div10ms1us pulse快的时基与慢的时基快的时基与慢的时基（同样的存储深度）（同样的存储深度） 数字化波形 采样率 慢的时基设置 = 慢的采样速率慢的采样速率 = “错过”信息同样存储深度，慢的时基意味着可能会错过信息同样存储深度，慢的时基意味着可能会错过信息 峰值检测技术能够帮助捕获样点之间的毛刺Digitized WaveformMax Sample

15、 Clockl保持在高的采样率l检测最小值和最大值l每个采样周期上存储2个样点l不关注时基峰值检测技术峰值检测技术128M存储深度可以一次捕获很长时间的存储深度可以一次捕获很长时间的信号信号可以看到所有细节可以看到所有细节小问题：如何保证捕获很长时间，而又可以看到所小问题：如何保证捕获很长时间，而又可以看到所有细节？有细节？捕获捕获长时间信号，而同时保持较高采样速率长时间信号，而同时保持较高采样速率较高较高采样速率采样速率 =更高波形更高波形重建精度重建精度样点样点之间更好分辩能力之间更好分辩能力更多更多抓住毛刺的机会抓住毛刺的机会深存储的目的深存储的目的捕获捕获较长时间的信号较长时间的信号仍

16、然仍然能够放大看到波形细节能够放大看到波形细节下列应用中深存储比较重要：下列应用中深存储比较重要：数字、模拟混合信号应用数字、模拟混合信号应用串行串行通讯应用通讯应用深存储的目的（继续）深存储的目的（继续）2G100M1G10M1M100K采样率采样率 (Sa/s)1us100us1000us10us100ms1s10ms10s100kB8MB10kB采样速率和时间窗口长度的关系采样速率和时间窗口长度的关系 确定确定需要的采样间隔或采样率（保证不失真），需要的采样间隔或采样率（保证不失真），Tr1 / Tr Acquisition:Sampling Rate选为选为Automatic，调整水平

17、时基，调整水平时基，Stop，然后放大查看波形然后放大查看波形 2， Setup-Acquisition:Sampling Rate选为选为Manual，设为最大采样率，调整水平时基，设为最大采样率，调整水平时基，Stop，然然后放大查看波形后放大查看波形您分别看到了什么？您分别看到了什么？数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排模拟模拟示波器显示：示波器显示：显示显示可信赖的波形可信赖的波形异常异常出现时，显示明亮的点出现时，显示明亮的点灰度灰度级显示级显示传统传统数字示波器显示：数字示波

18、器显示：粒状粒状的显示的显示提供提供有限的灰度级显示有限的灰度级显示为什么显示也重要？为什么显示也重要？ n Persistence 无限余晖模式n Color Grade 三维颜色模式n Mega View 模拟示波器模式n Connect-the-dots或vectors矢量模式显示模式显示模式试验试验设置为不同的显示模式，查看显示结果设置为不同的显示模式，查看显示结果操作：操作：Setup-Display分别设为分别设为nPersistencenColor Graden Mega View您看到了什么？您看到了什么？数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术

19、技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排 简单简单调试可能只需要调试可能只需要2个通道个通道 复杂复杂调试则需要调试则需要4个通道或更多个通道或更多 许多许多设计包含数字信号和模拟信号内容设计包含数字信号和模拟信号内容 模拟模拟输入和输出信号输入和输出信号 处理器接口的数字信号：处理器接口的数字信号： ADC, DAC, MCU, DSP, etc.多少多少通道数是足够的通道数是足够的?PowerOutputInputMCU Processing模拟模拟/数字混合设计示例数字混合设计示例PWM输出输出串行串行I/OI2C通讯通讯并行通讯并行通讯模拟输入模拟输入M

20、icro-controller Agilent混合混合信号示波器信号示波器(MSO) 2或或4个模拟通道个模拟通道 16个个数字通道数字通道 所有所有通道时间同步通道时间同步 高高达达1GHz带宽带宽 & 4GSa/s采样率采样率 交叉交叉触发触发 使用使用MegaZoom技术，加快数技术，加快数 字和模拟通道同时测试的字和模拟通道同时测试的更新和响应速率更新和响应速率多于多于4通道的通道的查看查看和触发和触发数字数字示波器结构示波器结构带宽带宽采样采样存储存储深度深度显示显示技术技术通道通道数量数量触发触发测量测量和数学运算和数学运算内容安排内容安排-建立时间参考点集中在时间0测量T

21、0捕获感兴趣的信号为什么触发？为什么触发？+ 边沿触发电平H=Pattern HighL=Pattern Low定义一个触发事件（以边沿触发为例）定义一个触发事件（以边沿触发为例）SingleTriggeredAuto-单次触发，只捕获一次信号通常模式，每次触发后会自动刷新即使没有触发事件，波形仍然会自动刷新，但可能会不稳定扫描模式（或触发模式）扫描模式（或触发模式）xxxx触发电平触发电平X sec第二次触发触发显示第一次触发第一次触发触发时间释抑Holdoff延迟触发123触发释抑触发释抑(Holdoff)定义: 触发码型HHLL T1 切入点T2 结束点T1CH 1CH 2CH 3CH

22、4T2码型触发码型触发码型码型 T0Inputs1234时钟时钟 定义: 触发在通道1的正边沿 LLL出现出现=触发触发检查检查边沿边沿检查检查边沿边沿状态触发状态触发逻辑逻辑/状态触发状态触发-发挥发挥MSO的优势的优势注意：以十六进制表示的码型现在是$XXXX.每个值代表4位.X表示所有4 个值都不予考虑.$表示码型中不是所有位都设定为高电平/低电平.因而不能给出十六进制值将通道1设定到上升沿. X$XXX20位宽的图形位宽的图形您可以将触发条件设置为每个模拟和数字通道的高电平、低电平或不予考虑。只有一个通道可以设定用于上升沿或下降沿.TriggerCH 1通道1出现毛刺（高度，宽度）毛刺

23、触发毛刺触发毛刺捕获毛刺捕获 边沿边沿触发（上升、下降、交叉）触发（上升、下降、交叉） 信号信号完整性触发完整性触发毛刺毛刺脉冲脉冲宽度宽度建立建立时间、保持时间时间、保持时间转换转换时间时间 码型码型/状态状态触发触发 延迟延迟触发触发 串行串行触发（触发（54600） SPI I2C CAN USB选择什么样的触发能力？选择什么样的触发能力？ Glitch（毛刺）毛刺）发现发现毛刺毛刺 Pulse Width（脉冲宽度）脉冲宽度）发现发现太窄，太宽或某一宽带范围内的太窄，太宽或某一宽带范围内的脉冲脉冲 Setup/Hold（建立时间建立时间/保持时间）保持时间）发现发现存在建立时间和存在建

24、立时间和/或保持时间有问或保持时间有问题的脉冲题的脉冲 Transition（转换时间）转换时间）发现发现太慢或太快的边沿太慢或太快的边沿信号完整性触发信号完整性触发触发行为：触发触发行为：触发Email当有触发发生时，把捕获的波形以邮件附件的形式发出触发行为：每次触发后自动存储波形触发行为：每次触发后自动存储波形当有触发发生时，把捕获的波形存为图形，文件名称会自动累加试验试验1，查看不同的触发，查看不同的触发Sweep模式，同一个信号的显示结模式，同一个信号的显示结果果操作：操作：Setup-Trigger:选择不同的选择不同的Sweep，调整触发，调整触发电平，查看结果电平，查看结果您看到了什么？您看到了什么？2，查看不同的触发模式，理解各项意思，查看不同的触发模式，理解各项意思操作：操作：Setup-Trigger:选择不同的选择不同的Mode，学习各项意学习各项意思思数字数字示波器结构示波器结构带宽带