数字示波器基础

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数字示波器基础2023/12/6Month##,200X1Group/PresentationTitle安捷倫示波器家族2023/12/6Month##,200X2Group/PresentationTitle模拟带宽采样存储深度屏幕显示质量通道数触发模式易用性数字示波器课程概要2023/12/6Month##,200X3Group/PresentationTitle系统带宽由最弱的环节决定探头带宽示波器带宽采样率连接带宽测量系统的带宽由系统的各个环节共同决定，系统中性能最差的器件的带宽决定了系统的带宽2023/12/6Month##,200X4Group/PresentationTitle模拟带宽哪一个才是真实的100MHz

的时钟信号？100MHz300MHz500MHz1GHzScopeScopeScopeScope2023/12/6Month##,200X5Group/PresentationTitle产生的原因:衰減器／放大器探头前端配件道致示波器的带宽可影响信号数字化对信号的影响:延缓上升时间

衰減振幅trtr模拟带宽2023/12/6Month##,200X6Group/PresentationTitle知道信号的最快上升沿时间,tr计算信号的带宽,BWsignalBWsignal=0.4/tr(20%到80%门限

)BWsignal=0.5/tr(10%到90%门限

)计算示波器的带宽,BWscopeBWscope=2*BWsignal (适用于高斯型频响的示波器)BWscope=1.4*BWsignal (适用于平坦型频响的示波器)須要多少带宽才夠使用？模拟带宽2023/12/6Month##,200X7Group/PresentationTitle等效时间采样(重复信号)实时采样(单次信号)顺序采样(重复信号)三种采样技术采样2023/12/6Month##,200X8Group/PresentationTitle仅可使用于重复信号采样点來自之前持续的触发经多次触发事件建立波形采样率不是影响分辨率的主因最好的分辨率決定于触发硬件等效时间采样(重复信号)技术采样1stTrigger2ndTrigger3rdTrigger2023/12/6Month##,200X9Group/PresentationTitle采样Acq#1Acq#2Acq#3Acq#200等效时间:波形建立2023/12/6Month##,200X10Group/PresentationTitle最快上升沿时间,tr=2.5ns(10%到90%门限

)BWsignal=0.5/tr=0.5/2.5ns=200MHzBWscope=2*BWsignal=2*200MHz=400MHz安捷伦科技提供了

500MHz

示波器在等效时间采样中，采样率並非主要指标等效时间采样(重复信号)示例采样2023/12/6Month##,200X11Group/PresentationTitle可用于重复信号或是单次信号所有采样点皆来自一个单次触发得自前次触发的所有采样点均被消除采样率將限制示波器总的带宽

(带宽取决于采样率)最好的分辨率直接关联到采样率实时采样(单次信号)技术采样每次触发一样2023/12/6Month##,200X12Group/PresentationTitleSRscope=4*Bwscope

適用於高斯型频响的示波器SRscope=2.5*BWscope

適用於平坦型频响的示波器最快上升沿时间,tr=2.5ns(10%到90%门限)BWsignal=0.5/tr=0.5/2.5ns=200MHzBWscope=2*BWsignal=2*200MHz=400MHz安捷伦科技提供了

500MHz

示波器SRscope=4*BWscope=1.6GSa/s安捷伦科技提供的500MHz示波器正具备2GSa/s采样率实时采样(单次信号)示例采样2023/12/6Month##,200X13Group/PresentationTitle采样率大于四倍带宽不能带来更多的好处采样前端硬件A/DSR>4*BWA/DSR=4*BW毛刺在采样之前就已被虑除2023/12/6Month##,200X14Group/PresentationTitle采样BW=2.25GHz,ETSamplingBW=500MHz,SR=5GSa/s输入信号:

200ps

上升沿的1ns脉冲波BW=500MHz,SR=2GSa/s举例:采样率大於四倍带宽不能带来更多的好处2023/12/6Month##,200X15Group/PresentationTitle仅可使用于重复信号一次触发仅采样一点经多次触发事件建立波形用於帶宽大于10GHz的高速应用沒有预触发顺序采样技术采样1stTrigger2ndTrigger3rdTrigger2023/12/6Month##,200X16Group/PresentationTitle每一采样点必须存入內存深存储可存取较多的采样点如果维持在特定的采样率下，较长时间的采集意即有较多的采样点要存储数字示波器的存储目的存储141643122176232231229228示波器內存2023/12/6Month##,200X17Group/PresentationTitle维持高采样率的同時采集较长的时间较高的采样率=较精确地复现信号采样点间有较佳的分辨率较高的机会捕获毛刺或异常现象深存储的目的存储2023/12/6Month##,200X18Group/PresentationTitle捕获较长的周期信号仍然能夠在启动放大功能时观测到所有细节在下列情况下深存储特别重要:模拟与数字混合电路的应用串行通信应用深存储的目的(续)存储2023/12/6Month##,200X19Group/PresentationTitle采样率与扫描时间分度设置对存储的关系存储2G100M1G10M1M100KSampleRate(Sa/s)100ns/div10us/div100us/div1us/div10ms/div100ms/div1ms/div1s/div100kpts8MptsPCIPacket10BaseTCDMAVideoPIDCtrl10kpts2023/12/6Month##,200X20Group/PresentationTitle决定采样点所需的分辨率,Tr1/Tr

<

示波器采样率(实时模式)决定所需捕获周期时间,Tp计算所需存储深度存储深度=Tp/Tr

要少多存储才够?存储2023/12/6Month##,200X21Group/PresentationTitle采样点间需要分辨率,Tr=500ps需要捕获周期时间,Tp=2ms存储深度=Tp/Tr

=2ms/500ps=4Mpts存储深度示例存储2023/12/6Month##,200X22Group/PresentationTitle存储举例:Tp=2mswithscopeat2GSa/sand4Mpts2023/12/6Month##,200X23Group/PresentationTitle存储举例:Tp=2mswithscopeat4MSa/sand8kpts2023/12/6Month##,200X24Group/PresentationTitle降低波形更新率用户操作控制仪器时反应速度降低捕获间的死区时间加长降低捕获毛刺与异常期信号的能力深存储可能会带来的负面影响存储示波器死区波形显示波形显示2023/12/6Month##,200X25Group/PresentationTitle在采集与显示的捕获系统中间加入处理硬件安捷伦科技特有的

MegaZoom

芯片MegaZoom

是存储管理工具乒乓捕获存储资料在硬件中做预处理不须特殊模式—

一直维持开启状态而且始终维持高速解决深存储示波器的死区问题存储效果是在捕获间维持快速波形更新率与最小的死区时间同时没有处理上的瓶颈2023/12/6Month##,200X26Group/PresentationTitleMegaZoom2023/12/6Month##,200X27Group/PresentationTitle波形重建波形重建技术等效时间采样(须重复采样)正弦内插

Sin(x)/x

线性内插波形重建滤波的目的是在分散而均匀的实時采样数据间插入波形资料波形重建的好处改善波形显示品质提高测量精度2023/12/6Month##,200X28Group/PresentationTitle为何要做内插处理?采样90%50%10%2023/12/6Month##,200X29Group/PresentationTitle内插处理

经低通滤波重建的波形相对简单的线性内插具有更平滑的波形线形内插“理想”内插2023/12/6Month##,200X30Group/PresentationTitle线性对比正弦内插

3GHz

正弦波以

20GSa/s

采样率捕获2023/12/6Month##,200X31Group/PresentationTitle模拟示波器显示呈现的波形更可信对异常之处以鲜明的亮点显現有限的亮度等级传统数字示波器显示明显的颗粒提供极少的甚至没有亮度等级什么是显示器的重要指标?显示质量显示器是人类视觉系統与采样波形的一扇窗口2023/12/6Month##,200X32Group/PresentationTitle256级的亮度被反复集中的像素点将比其他点显得明亮给出信号的第三维空间信息快速的波形更新利用

MegaZoom专用

ASIC

芯片技术保持捕获间隙的死区时间最小水平分辨率提高一倍安捷伦的高清晰显示器显示品质在显示系统中的效果是，你可信任它就像信任模拟示波器显示器一般2023/12/6Month##,200X33Group/PresentationTitle安捷伦的高清晰显示显示品质2023/12/6Month##,200X34Group/PresentationTitle简单的调试也许仅需2通道稍复杂的调试也许需要4通道或更多通道>70%的硬件设计者都有含有模拟和数字混合信号真实世界中的模拟输入和输出信号复杂的数字信号处理相互紧密联系:ADCs,DACs,MCUs,DSPs,etc.多少通道才够用?通道数PowerOutputInputMCUProcessing2023/12/6Month##,200X35Group/PresentationTitle模拟和数字混合电路设计举例通道数PWM输出串行

I/OI2C串行信号并行通信信号模拟输入Microcontroller2023/12/6Month##,200X36Group/PresentationTitle通道数安捷伦的混合信号示波器(MSO)2

或4模拟通道16

数字通道所有通道同一时基横跨所有通道的触发功能对高速应用带宽可达1GHz

及

4GSa/s的采样率

利用

MegaZoom

的深存储能力快速的数字信号与慢速的模拟信号密切关联在>4通道上的观察及触发2023/12/6Month##,200X37Group/PresentationTitle触发模式沿触发信号保真触发脉冲宽度建立/保持时间跳变并行逻辑触发码型/状态持续时间顺序串行总线触发SPII2CCANUSB需要什么样的触发功能?2023/12/6Month##,200X38Group/PresentationTitle触发模式脉冲宽度寻找特殊脉冲

-过窄,过宽,或在某一范围内/范围外建立/保持时间寻找脉冲波形中没有适当的建立及/或保持时间的波形跳变寻找太快或太慢的上升或下降沿信号保真触发2023/12/6Month##,200X39Group/PresentationTitle触发模式码型/状态寻找某一特定的并行逻辑码型持续时间某一特定码型持续时间过短、过长、在某个范围内/外序列寻找满足多个码型顺序条件的序列並行触发在混合信号示波器中是强有力的功能之一2023/12/6Month##,200X40Group/PresentationTitle触发模式SPISerialPeripheralInterfaceMCU/DSPComm.串行触发在混合信号示波器中是强有力的功能之一I2CInter-IntegratedCircuitMCU/DSPComm.2023/12/6Month##,200X41Group/PresentationTitle触发模式CANControllerAreaNetwork应用于汽车电子和工控USBUniversalSerialBusPC外设串行触发在混合信号示波器中是强有力的功能之一2023/12/6Month##,200X42Group/PresentationTitle波形更新率显示质量用户操作面板后仪器的反应时间测量和计算功能和性能直观的面板布局简洁的菜单结构什么直接影响易用性？易用性2023/12/6Month##,200X43Group/PresentationTitle从信号的上升时间计算带宽选择采样方式如果采用实时采用，计算采样率从需要的分辨率(Tr)及捕获时间(Tp),计算存储深度显示品质直接影响信号观察细节当

4通道不夠使用時,MSO是最佳方案需要什么触发方式评估示波器的易用性如何选择适合您的数字示波器:总结2023/12/6Month##,200X44Group/PresentationTitle必须考虑探头无源探头:通用

对电路有更高的容性负载带宽低于600MHz有源探头:动态范围小对电路的容性负载小提供更高的带宽当选择带宽大于1GHz带宽示波器时：总结2023/12/6Month##,200X45Group/PresentationTitle问题解答Q&A2023/12/6Month##,200X46Group/PresentationTitle补充内容2023/12/6Month##,200X47Group/PresentationTitle遵