示波器基础培训.ppt

1、1,数字示波器基知识础培训,上海横河国际贸易有限公司 DL PJT,2,示波器功能 (P3) 示波器常用单位 (P4-5) 示波器的分类 (P6) 模拟和数字示波器 (P7) 模拟示波器的组成 (P8) 数字示波器的组成 (P9) 示波器主要指标 (P10) 探头种类 (P11-12) 输入耦合 (P13) 带宽定义 (P14-18) 上升时间 (P19) 采样 (P20-21),术语解释 (P49-50),目录,等效采样 (P22-24) 模数转换和采样 (P25-27) 失真现象 (P28) 长存储的好处 (P29-33) 全点显示 (P34) 显示的插补 (P35) 触发功能 (P36-

2、39) 波形参数测量 (P40) 历史存储功能 (P41-43) 采集模式 (P44-45) 浮地电压测量 (P46-47) 总结 (P48),3,具有观测随时间变化的电信号的功能 电信号的大小（振幅）、形状 同一电信号的2点间的时间差 2个电信号间的时间差,记录功能 画面的打印和保存,保存功能 以各种文件形式保存,示波器功能,4,数字示波器经常使用的单位 单位名称 单位记号 时间单位 秒 电压单位 伏特 电流单位 安培 频率单位 赫兹 ,前缀 倍数 ： 名称 ： micro 记号 ： ,数字示波器常用单位,5,前缀一览,6,示波器分类,7,项目,模拟,数字,单个信号的测量,（单个扫描照相机）

3、,连续信号的测量,多通道同时捕捉,画面更新,比模拟稍微慢一些,（5 60Hz）,时间轴精度,几,以下,特殊触发器,前触发,延迟触发,辉度调节,重叠显示,波形的再现,保存,照相机,打印机制图机软盘,波形放大,（利用延迟扫描）,波形运算,画面大小,inch左右,inch大小在外部放大,显示（VGA OUT）,模拟，数字示波器区别,8,模拟示波器的组成,由偏向板决定电子的运动方向，并在荧光屏上绘出波形,时间,时间,Voltage,Voltage,模拟存储示波器：把荧光屏 的暂留时间延长的示波器,9,数字示波器,数字示波器组成,10,带宽 包含在输入信号中的高频成分能够再现到什么程度？,采样率 数字化

4、的时侯，时间轴的最小分辨率是多少？,存储容量 最多可以记录多少数据？,通道数和探头 选择输入通道数；选择最合适的探头,触发(触发模式) 什么时候开始观测波形？,示波器主要指标,11,选择探头的要点：最大输入电压、输入电容、输入阻抗、被测量电路等,10：1无源探头 700960：输入阻抗约M、输入电容约F,最大输入电压：600V(DC+ACPeak） AC为100kHz以下的时候,最大输入电压：4000V(DC+ACPeak） AC1MHz以下的时候,输入电压范围：10V p-p (DC+ACPpeak 在10V以内）,探头的种类,电流探头 700937 带宽 A 701930 DCMH带宽 A

5、rms,100：1无源探头 700978：输入阻抗M、输入电容F,FET探头 700939：输入阻抗约M、输入电容约F,差分探头 带宽 带宽 带宽,选择与输入信号匹配探头的要点,12, 探头的地端应先接上,700960无源探头,1M,9M,约16pF,示波器侧,约28pF,可变电容,13,输入耦合,AC1M，DC1M，GND的切换, AC1M 输入信号通过耦合电容之后再进入垂直通道的衰减器。在只想观测输入信号的交流成分时，使用此模式。 在测量、开关电源噪声时经常使用。 DC1M 输入信号直接进入垂直通道的衰减器。输入信号的交直流成分都想观察时用此模式。 GND 垂直通道的衰减器不与输入信号相连

6、，而是和地直接相连。使用此模式可以观测到地电平位置。,14,带宽是示波器的重要参数,所谓示波器带宽是指: 垂直放大器的频率响应。定义为：随着正弦波频率增加，信号幅度下降3dB（70.7）.此频点为示波器的带宽 示波器带宽的重要性：带宽决定示波器能请进什么样的信号。一般来说带宽越宽能够观测信号的频率就越高。,15,用00MHz带宽的示波器测量00MHz的正弦波信号时、实际在示波器上观测到的信号幅值是输入信号的70%左右(-3dB)。,振幅下降了30%时的带宽,输入信号,00MHz,1Vp-p,测量结果（显示波形),00MHz,700mVp-p,带宽,16,被显示的电压振幅和输入电压相比降低了3d

7、B(约30%)的频率,频率,衰减量,用波特图表示的带宽,17,输入耦合的设置与频率特性,ACM的时候,DCM的时候,200MHz,-3dB,使用1：1探头时10Hz以下 使用10：1探头时1Hz以下,衰减量,0dB,输入频率,200MHz,18,带宽与信号测量,捕捉高速变化的信号时，示波器应有足够的带宽,20MHz滤波器on的时候 上升时间 To = 350 / 20 = 17.5 ns,全通 on的时候 上升时间 To = 350 / 200 = 1.75 ns,19,上升时间 To = 350 / f ns f : 带宽 MHz,例）上升时间2ns的脉冲发生器向带宽为100MHz的示波器输

8、入信号时，总的上升时间？ 3.5 2 + 2 2 = 4.0 ns,输出脉冲的信号发生器也有上升时间Tg:,=,T,上升时间,20,采样率的选择,在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的显示和测量结果。 示波器采样率不足，将会使信号失去高频成份，影响对信号的完整性测量。如，使信号上升和下降时间变慢或造成波形的漏失。 如果在实际的测量中，观测非常短暂的单次信号时，建议采样率要在带宽的五倍以上。,21,采样,采样是等间隔地进行的。 采样率以 “点/秒”来表示。 有实时采样、随机等效采样、顺序等效采样等方式,22,等效采样率,数字

9、示波器有两种采样方式,采样方式,实时(real-time) 采样,等效 (repetitive) 采样,横河的示波器都有2种采样方式,23,等效采样,实时采样捕捉不到的高速信号，可多次触发并将采集到的数据按时间顺序排列并显示 触发点与采样点之间的时间分解能相当于等效采样速度。 50GS/s: 20ps 分解能 重复信号是前提,24,等效采样,200s/div,50ns/div,20ns/div,25,模拟输入,数字输出,采样保持,量化,二进制代码化,采样时钟,Voltage,电压,时间,时间,电压,电压,A/D转换,26, （时间分辨率）, （时间分辨率）,时间分辨率：,时间分辨率：,10MS

10、/s的采样率、意味着1秒钟要进行1千万次的采样。时间分辨率是采样速度的倒数。采样率10MS/s的时间分辨率为100ns。,A/D转换器：采样率,27,位的垂直分辨率（等份）,位的垂直分辨率（等份）,位的/转换器可以把模拟量转换成的次方个二进制数。 /的/转换器是位。/ （Least Significant Bit）,（位数增加、与尺子的刻度变细的道理一样。）,A/D转换器：垂直分辨率,28,失真现象,29,记录长度的重要性,示波器记录长度对被测波形显示的影响： 同样采样率的前提下，示波器存储深度越长，观测波形的时间就越长。 由于示波器存储深度有限，提高存储时间只能降低采样率，但降低采样率将失去

11、波形的细节，同时失去快沿信号的高频成份，使上升时间变慢。,30,为了正确地再现波形，采样率不能太低,如果内存容量比较小，即使标称采样率很高，测量时间也必须调短，实际采样率也必须调慢,采样率与记录长度的关系,31,采样率、记录长度、测定时间的关系式,采样率：“”、 记录长度：“L” 、 和测量时间“T” 的关系 T=L （式） 采样率一定时，记录长度越长测量时间就越长 上式还可以改写成如下形式： LT （式） 测量时间一定时，记录长度越长采样率就越快,数字示波器是通过设定记录长度（存储长度）和水平轴的来决定测量时间和采样率。以下的例子假定测量时间为： 式1的具体例 例1：当LM字、MS/s时 测

12、量时间 T=MMS/1sec 例2：当字、时、测量时间 S/ssec 式2的具体例 例3：当字、时 测量时间、 例4：当字、时 测量时间 ,32,5msec:10k,短存储,全体,扩大,2MS/s,5msec：M,长存储,200MS/s,能够边观测全体波形，边放大，边进行详细分析,长存储的有效性,33,1条线内显示2千个数据,新的全点显示法 所有的数据都显示在屏幕上，数据的多少可由亮度来判断,过去的P-P压缩显示法 1条线上仅显示最大值和最小值，这两点间的亮度一样,复杂的显示并没有降低画面刷新速度 长存储并不意味着低刷新速度,长存储的新显示法,34,看到一个台阶状的噪声,把其中的一个亮点放大,

13、长存储中的信息全部被显示,全点显示的有效性,画面上存在亮点,35,显示的内插,直线内插,正弦内插,脉冲内插,无内插,36,示波器的触发,触发的作用： 示波器的触发是使重复信号稳定显示 对单次信号进行捕获 对重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获。 常用触发模式：自动、自动电平、常规、单次、 N次等。 常用触发类型：边沿、 AB触发、模式、脉宽、OR、视频、释抑、串行总线触发、事件触发等。,37,如果简单的边沿触发捕捉不到稳定的信号时： 增强触发功能 准确捕捉异常信号的时序，利用顺序存储确定异常信号发生的时间等，非常有用,边沿触发和增强触发,脉宽触发的设定 Pulse 620us

14、,触发电平,測定開始,边沿触发,38,增强触发功能,增强触发功能 （） 条件A成立之后，条件B也成立了N次时，触发发生 条件A成立之后，并过了设定时间之后，条件B成立时，触发发生 多个触发源全都满足或全都不满足触发条件时，触发发生 脉宽触发 当满足设定的脉宽时，触发发生 只要有一个触发条件满足，触发就发生 窗口触发 设定一定的电压范围，当触发源进入或离开这个范围时，触发发生 检测到、等电视信号时，触发发生,脉宽触发的设定例,复杂的条件下触发,39,增强触发,OR,增强触发功能 只要有一个触发条件满足，触发就发生,增强触发功能 窗口触发 设定一定的电压范围，当触发源进入或离开这个范围时，触发发生

15、,40,自动测量和显示脉冲个数 过去用眼和手做的工作，现在可以自动完成,记录送纸滚轴的步进电机的脉冲个数 通过记录脉冲个数，可以读取滚轴的转数。即使是速度变化的场合（上图），因为是直接记录脉冲的个数，所以也能正确地得出转数。,即使像上图那样包含着噪声的波形，通过设定阀值水平，也可正确地记录脉冲个数,波形参数测量：记录脉冲个数,41,历史存储功能,历史存储功能能帮助找到已经过去了的波形, 连接到CP2实行Auto Setup 用”HISTORY”键把波形停下来,42,历史存储功能,历史存储页数参照表,用Display All显示所有存储波形,high resolution mode OFF,43

16、,異常,All display 模式：波形重叠显示,用All display模式定位异常信号,只抽出异常信号的波形并从逻辑关系等来分析原因,看到异常信号后，按Stop键.,历史存储功能,44,采集模式,3种采集模式 将采样数据放入采样存储器和显示之前，需要进行处理。根据被测量信号的特点和状态，选择最佳采集模式以便准确获得想要的波形。,标准模式 包络模式 平均模式,45,包络模式,在标准模式和平均模式中，用时间轴设定延长每1div 的时间时，采样率就降低；但是，在包络模式中，示波器以200MS/s （高分辨率模式OFF的情况下）的采样率采样，然后从采样到的数据中找出最大/最小值，并把这些数据成对

17、的放入采集存储器中。 在下面的例子中、设定1s/div、即测量时间为10秒的情况。用Normal模式测量时，采样率为1kS/s，脉冲噪音没有被捕捉到。但是，用Envelope模式捕捉到了脉冲噪音。,46,浮地电压的测定,信号地和示波器的安全地是接在一起的,转换电路等,47,浮地电压的测定,使用绝缘输入规格的示波器,使用差分探头,取得GND,转换电路的例子,不能用这样的接续。 使用差动探头或绝缘输入方式的示波器。,48,总结,示波器的作用是精确显示客户所需要观测的信号和波形，满足这种需要您的示波器就应该有：足够的通道数、带宽、采样率、存储深度及合适的探头等。 长存储是精确观测波形变化过程不可缺少

18、的。 对于数字/模拟信号的同步波形分析，带串行总线分析功能的示波器是非常方便的测试仪器。 历史存储功能弥补了触发功能的局限性，强化了示波器捕捉异常信号的能力。,49,术语说明（）,【转换器】将模拟信号转换成数字信号的。 【】 的略称、示波器的显示器。 【】 的略称。能够解释、执行程序命令的装置。 【】：将静止画面压缩到的技术。 是由编写此标准的委员会的名称 “ “ 得来的。 【】：（ ） 是面向通讯的广范使用的高压缩率文件格式。 【】：（现在合并到 ）开发的位图图形用的文件格式 【】：Bit Map。Windows中作为标准使用的位图图形格式。 【衰减器】将大信号衰减成适合于下面放大器的器件

19、【Clock】也称为采样时钟。按时间顺序依次把模拟信号转换成数字信号的基准信 号。100MHz采样时钟，意味着模拟信号转换数字信号的间隔是10ns（纳秒） 。 【触发器】trigger原意是枪的扳机。设定开始观测波形的条件。触发电路是完成触发的电路。 【偏向板】：可以控制电子束的行进方向。 既有水平偏向板也有垂直偏向板。 【蛍光面】：显象管可发光的部分。,【频带】：示波器的说明书中写的频带指的是：当输入正弦波时、被显示的振幅降到实际振幅3dB以下（约%）的频率。 【上升时间】：给示波器输入理想的阶跃信号、把振幅从10上升到90所需的时间称为上升时间。 【输入耦合】：输入信号和垂直通道的连接方式

20、。输入耦合有、。 ：直流成分被去掉。 ：输入信号直接送到垂直通道 ：将GND接到垂直通道。 【最大输入电压】：示波器的输入端允许输入的最大电压。如果超过这个电压就有可能损毁示波器。 【输入电阻】：从示波器的输入端测到的电阻。 【最高采样率】：也就是说最大的采样速度。 用（）来表示。 【垂直分辨率】：垂直轴所能表示的最小刻度。用(LSB/div)表示。 【垂直灵敏度】：垂直轴的每一格子所代表的电压幅值。 用表示。,50,术语说明（）,【触发模式】（） 在一定时间（称为超时时间）内如有触发发生，则波形更新。超 过时，即使没有触发发生，也会自动地更新波形。超时时间大 约是。 （） TimeOut时间内触发发生时，与自动方式一样更