数字示波器基础知识

数字示波器基础知识第1页，共72页。Page2讲座内容

示波器发展

1

示波器基本概念及原理

2

RIGOL示波器

3第2页，共72页。Page3什么是示波器概念幅度随时间变化的波形显示仪器相当于一个时域上的万用表第3页，共72页。Page4示波器发展史示波器类型模拟示波器数字示波器取样示波器高灵敏度示波器虚拟示波器第4页，共72页。Page5示波器发展史初期主要是模拟示波器（CRT）始创于二十世纪四十年代最早应用于雷达和电视的开发泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础第5页，共72页。Page6示波器发展史中期数字示波器独领风骚（DSO）始创于二十世纪九十年代，数字示波器提高带宽到1GHz以上，全面性能超越模拟示波器。第6页，共72页。Page7模拟和数字示波器的比较

波形显示示波器类别简单重复信号复杂动态重复信号定时测量非重复单次信号触发功能预触发示波器带宽数据处理稳定信号变化信号异常信息缓变信号随机毛刺快沿信号模拟示波器CRT显示技术好好差差差差好差不能边沿不能低不能DSO示波器等效采样技术好差差好差好差好差多种能高能DSO示波器实时采样技术好好好好好好差好好多种能高能第7页，共72页。Page8示波器发展史数字示波器——模拟效果（荧光效果DPO）实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息：幅度、时间和整个时间的幅度分布。如TEK所说的数字荧光（DPO）、安捷伦的MageZoom技术。第8页，共72页。Page9示波器发展史高灵敏度示波器带宽很低，1MHz左右灵敏度很高，可到几十微伏每格用以测量和显示一般示波器不能观察到的各种微弱的电信号第9页，共72页。Page10示波器发展史虚拟示波器利用计算机资源做数据处理和显示体积小巧可通过互联网进行远程控制第10页，共72页。Page11讲座内容

示波器发展

1

示波器基本概念及原理

2

RIGOL示波器

3第11页，共72页。Page12波的组成正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次谐波分量递加而成。

1次（基波）3次5次7次 方波(2500次)第12页，共72页。Page13波的基本参数第13页，共72页。Page14波的基本参数第14页，共72页。Page15模拟示波器第15页，共72页。Page16DSO串行处理第16页，共72页。Page17带宽带宽称为模拟带宽，指示波器系统的带宽。定义为在幅频特性曲线中，随正弦波频率的增加，信号的幅度下降到3dB(70.7％)，此时的频率点称为示波器的带宽。1.00.707BW第17页，共72页。Page1890％10％△t带宽示波器带宽的经验公式:BW＝0.35/△t（保证信号的上升时间足够快）第18页，共72页。Page19带宽带宽不够通常会产生什么明显后果？高频信号幅度下降信号高频成分消失（也有好处，抑制噪声）第19页，共72页。Page20采样率指示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数据，并且顺序存储的过程。采样率=1/△t△t第20页，共72页。Page21采样率实时采样率：实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔时间的倒数。示波器所需实时采样率＝被测信号最高频率分量×5①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①①第21页，共72页。Page22采样率等效采样率等效采样即重复采样，指的是示波器把多次采集(触发)到的波形拼凑成一个波形两次采集触发点有一定的偏移，最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。

第22页，共72页。Page23采样率平均采样

：指将多次普通采样的波形进行算术平均，多用于信号本身噪声比较大时。第23页，共72页。Page24采样率峰值检测：指通过采集采样间隔信号的最大值和最小值，获取信号的包络或可能丢失的窄脉冲。10ns100ms

要求观察整个周期，当使用普通采样方式时，采样率为10K，如前面描述存在波形漏失现象，无法捕获完整信号。使用峰值检测，采样率为1G，获取间隔最大最小值，就可以获取完整的周期信号。第24页，共72页。Page25采样率示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接影响（采样率高的好处）。采样率低会对波形产生哪些影响：波形失真波形混淆波形漏失第25页，共72页。Page26采样率波形失真是由于某些原因导致示波器采样显示的波形与实际信号存在较大的差异。第26页，共72页。Page27采样率波形混淆是指由于采样率低于实际信号频率的2倍（奈奎斯特频率）时，对采样数据进行重新构建时出现的波形的频率小于实际信号频率的一种现象。第27页，共72页。Page28采样率波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实际信号的一种现象。脉冲消失第28页，共72页。Page29实例：利用示波器进行点火系统波形分析现代汽车直接点火系统的检查中，常规的断缸测试已经无法精确判断系统是否正常，而示波器由于其具有实时性、不间断性、直观性，越来越得到广泛的应用。

第29页，共72页。Page30实例：利用示波器进行点火系统波形分析汽车点火波形U-次级：汽缸１EFDACB充磁开始燃烧电压击穿电压燃烧时间燃烧震荡波第30页，共72页。Page31存储深度存储深度：指在波形存储器中存储波形样本的数量。波形存储时间＝存储深度/采样率示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。预采样触发点延迟采样存储深度第31页，共72页。Page32波形刷新率刷新率是指1秒内示波器捕获波形的次数刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生的概率。死区时间死区时间波形n波形n＋1波形n＋2第32页，共72页。Page33波形刷新率高波刷新获率的好处：对于示波器来说，波形刷新率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。

第33页，共72页。Page34触发系统触发系统对于数字示波器，工作时都是在不断地采集波形不论仪器是否稳定触发触发：只有稳定的触发才能有稳定的显示自动触发：不论是否满足触发条件都有波形显示普通触发：不满足触发条件就不显示波形单次触发：满足触发条件后显示波形，每次触发仅刷新一次，直到下一次触发开始第34页，共72页。Page35触发系统State1：无信号输入（可见水平线）；State2：一通道输入方波，仪器未触发，观察到晃动的波形；State3：“按下快门”（选择上升沿触发，将触发电平调整到波形内），将仪器触发；State4：信号稳定显示，获取稳定的图像，并可以保存。正确理解触发的概念第35页，共72页。Page36触发系统边沿触发触发原理：在输入信号边沿的触发阈值上触发触发信号触发电平触发灵敏度输出差分对第36页，共72页。Page37触发系统边沿触发适合信号：正弦波、方波等上升沿、下降沿同时触发眼图的具体应用：测量高速数字信号的信号完整性眼图第37页，共72页。Page38触发系统脉宽触发触发原理：根据脉冲的宽度来确定触发时刻触发信号触发电平触发灵敏度输出差分对输出差分信号计数脉冲（10ns）20ns触发信号第38页，共72页。Page39触发系统脉宽触发适合信号：方波、脉冲信号等

边沿触发

脉宽触发第39页，共72页。Page40触发系统斜率触发触发原理：依据信号的上升/下降时间来判断触发信号触发电平1触发灵敏度输出差分对输出差分信号计数脉冲（10ns）70ns触发信号触发电平2第40页，共72页。Page41触发系统斜率触发适合信号：三角波、锯齿波等

边沿触发

斜率触发第41页，共72页。Page42触发系统视频触发触发原理：对标准视频信号进行任意行或场触发。适合信号：视频信号

场触发

行触发第42页，共72页。Page43触发系统交替触发触发原理：稳定触发不同步信号适合信号：双通道模拟信号正常触发交替触发第43页，共72页。Page44触发系统码型触发适合信号：数字信号第44页，共72页。Page45触发系统持续时间触发触发原理：在满足码型条件后的指定时间内触发适合信号：数字信号第45页，共72页。Page46触发系统触发释抑：触发释抑指在前一次触发之后的一段时间之内，示波器停止触发响应。实际应用举例：复杂的脉冲串、调幅信号释抑时间稳定触发点不稳定触发点第46页，共72页。Page47触发系统可调触发灵敏度：触发灵敏度指示波器对触发信号识别的敏感度。在波形噪声较大时，需要适当调节触发灵敏度（0.1~1div）。触发电平触发灵敏度第47页，共72页。Page48触发系统触发设置可调触发灵敏度：有效滤除有可能叠加在触发信号上的噪声，防止误触发实际应用举例：灵敏为0.30div灵敏为1.00div第48页，共72页。Page49触发系统耦合耦合可以分为通道耦合和触发耦合。通道耦合包括直流、交流。触发耦合包括直流、交流、高频抑制、低频抑制。第49页，共72页。Page50触发系统耦合交流耦合是只通过信号交流成分，阻止直流成分相当于高通滤波。当信号包括直流和交流成分时，而实际只关心交流成分时，就选择交流耦合。直流耦合则是通过信号的全部成分。当观察直流信号或者低频信号时，必须选择直流耦合。信号包括直流和交流低频信号交流耦合第50页，共72页。Page51触发系统耦合高频抑制和低频抑制应用于触发中，主要目的是为了使触发能够稳定。高频抑制是抑制150KHz以上的频率信号，当信号中包含高频噪声使触发不稳定时，可以使用高频抑制（与触发灵敏度原理并不相同）。低频抑制是抑制8KHz以下信号。第51页，共72页。Page52触发系统触发设置ACLine：可用来显示信号与市电之间的关系实际应用举例：稳定触发变电站变压器输出的波形主要应用于电力行业相关测量EXT：在输入通道采集信号的同时在其他通道上触发实际应用举例：DG同步输出触发其发出的信号第52页，共72页。Page53讲座内容示波器发展

1

示波器基本概念及原理

2

RIGOL示波器3第53页，共72页。Page54DS1000产品概述带宽：25MHz、40MHz、60MHz、100MHz实时采样率：400MSa/s等效采样率：25GSa/s存储深度：1M波形刷新率：200次/s丰富的触发功能：边沿、脉宽、视频、斜率、交替、码型、持续时间可选装16通道逻辑分析仪功能接口：USBHost、USBDevice、RS-232、P/F5.7’64k色TFT彩色液晶显示第54页，共72页。Page55DS1000产品概述可调触发灵敏度20种自动测量功能光标测量：手动模式、追踪模式和自动模式存储方式：波形存储、设置存储、位图存储、CSV存储数学运算：加、减、乘、FFT、反相数字滤波波形录制硬件频率计Ultrascope软件第55页，共72页。Page56DS1000A产品概述带宽：60MHz、100MHz、200MHz、300MHz实时采样率：2GSa/s等效采样率：50GSa/s存储深度：10k波形刷新率：2000次/s丰富的触发功能：边沿、脉宽、视频、斜率、交替接口：USBHost、USBDevice、RS-232、P/F5.7’64k色TFT彩色液晶显示可调触发灵敏度20种自动测量功能第56页，共72页。Page57DS1000A产品概述光标测量：手动模式、追踪模式和自动模式存储方式：波形存储、设置存储、位图存储、CSV存储数学运算：加、减、乘、FFT、反相数字滤波波形录制硬件频率计Ultrascope软件第57页，共72页。Page58DS5000产品概述带宽：25MHz、40MHz、60MHz、100MHz、150MHz、200MHz、实时采样率：500MSa/s、1GSa/s等效采样率：50GSa/s存储深度：4k波形刷新率：1000次/s触发功能：边沿、脉宽、视频接口：USBDevice选配模块：GPIB、RS232、P/F20种自动测量功能第58页，共72页。Page59DS5000产品概述光标测量：手动模式、追踪模式和自动模式存储方式：10组波形存储、10组设置存储数学运算：加、减、乘、除、FFT、反相数字滤波波形录制硬件频率计Ultrascope软件第59页，共72页。Page60逻辑分析仪参数：200MSa/s实时采样率、512k存储深度、带宽100MHz门限类型：TTL、CMOS、ECL、用户自定义实际应用举例：测试单片机电路第60页，共72页。Page61FFTFFT两种幅度读取方式：Vrms、dBVrms实际应用举例：第61页，共72页。Page62波形录制——RIGOL是首创波形录制——RIGOL是首创实际应用举例：波形录制存储设置第62页，共72页。Page63ROLL和慢扫描模式ROLL和慢扫描模式ROLL：波形自右向左滚动刷新显示，时基控制设定必须在500ms/div，或更慢。慢扫描模式：当水平时基控制设定在50ms/div或更慢，仪器进入慢扫描采样方式。ROLL模式慢扫描模式第63页，共72页。Page64X－Y（李莎育图）X－Y（李莎育图）示波器其他测两通道相位的方法：测量两通道延迟时间信号频率比相位差0度45度90度180度270度360度1：1第64页，共72页。Page65X－Y（李莎育图）X－Y（李莎育图）实际应用举例：第65页，共72页。Page66Pass/FailPass/Fail实际应用举例： 生产线检测P/F配合 波形录制第66页，共72页。Page67功能UltraScope软件实际应用举例：UltraScope第67页，共72页。Page68实例：示波器自动测试系统需求：以往传统的检定方法全是靠手工操作，由于检测的范围广、功能多，因此劳动强度大，工作效率低,而且检定的数据也不易管理。为此，用示波器