示波器基础培训教程.pdf

Page 1 示波器基础培训教程 曹刘 Max.cao@lecroy.com 13922453823 Page 2 1964年成立,专业研制高能物理测 试仪器. 1970年开始生产电子测试仪器. 1984年开始生产数字示波器. 1995年在NASDAQ股票市场上市. 2002年推出创新的X－Stream技术 系列示波器. 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 世界上唯一一家专业、专注于数字 示波器的公司 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. Page 3 我们在持续创新 Page 4 示波器的基本原理 显示功能 测量功能 WaveScan TriggerScan 波形和设置保存 LabNoteBook Page 5 示波器的五大基本功能 5 Reasons People Buy DSO'S 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 And Signal Processing Document The Signal Using Waveform Storage And Graphics Files Page 6 示波器的基本原理 Page 7 带宽 Page 8 带宽 带宽就是输出降低到输入的70.7%时的频率 Page 9 带宽与上升时间 Page 10 实际带宽 Page 11 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 X 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 12 采样率 Page 13 采样基础 采样率是模拟信号中包含的最高频 率的两倍时，模拟信号可以没有失 真地被重构 这个采样频率被称为 Nyquist 频 率 这表示数字化波形能表征的最高频 率是采样率的一半-这就是波形理 论上的数字带宽 窄带波形如正弦波需要 4倍于信号频率的采样率 宽带信号如脉冲需要 以波形频率的至少10倍 来采样，决定于波形的 上升时间 Page 14 采样过程 经过放大器的输入波形加到快速电子开关 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 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 INPUT WAVEFORM SAMPLED WAVEFORM FIELD EFFECT TRANSISTOR (FET) SWITCH HOLD CAPACITOR SAMPLING CLOCK Page 15 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 sampling rate! 如何设置采样率？ Measured Frequency = 28.049 MHz Clock Sampled at 250 MS/s Clock Sampled at 20 GS/s Measured Frequency = 527.9 MHz Page 16 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采样率的谐波频率之差。 混叠信号触发不稳或在水平轴移动。 SAMPLING CLOCK INPUT SIGNAL ALIASED SIGNAL Page 17 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 18 量化误差 Page 19 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 ½ 栅格 = 7-bit 精度 ¼ 栅格 = 6-bit 精度 不确定栅格= V full 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 【示波器基础培训教程】 示波器是一种用于检测和分析电信号的设备，它能够显示信号的幅度随时间变化的波形。本教程由力科公司的曹刘提供，力科公司是全球知名的数字示波器制造商，拥有丰富的高技术产品开发经验。本教程涵盖了示波器的基本原理、关键功能及其在实际应用中的考虑因素。 **示波器的基本原理** 示波器的核心功能包括显示和测量。它能捕捉信号并将其显示在屏幕上，以便观察信号的动态变化。此外，它还提供了WaveScan、TriggerScan等高级功能，以及波形和设置的保存能力，通过LabNoteBook软件进行记录和分析。 **五大基本功能** 1. **捕获和存储信号**：示波器能够实时捕获信号，并在内存中保存，以便后续分析。 2. **多样的显示格式**：示波器允许用户以多种方式查看信号，包括不同的时间基和缩放级别。 3. **使用游标和参数读数进行测量**：用户可以通过在屏幕上移动游标来测量信号的幅度、频率和其他参数。 4. **使用波形数学和信号处理进行分析**：示波器内置的数学运算功能可以对信号进行复杂的计算，例如傅里叶变换和滤波。 5. **使用波形存储和图形文件记录信号**：用户可以保存波形数据和截图，便于报告和后续研究。 **关键技术参数** **带宽**：带宽是指输出电压下降到输入电压的70.7%时的频率，通常用来衡量示波器能准确测量的最高频率。带宽与上升时间密切相关，对于串行信号，带宽的选择应基于信号的比特率和上升时间，一般建议示波器的带宽大于信号比特率的1.8倍，以确保准确测量。 **采样率**：采样率是示波器每秒采集样本的数量，根据奈奎斯特采样定理，采样率应至少为信号最高频率的两倍。窄带信号需要的采样率较低，而宽带信号（如脉冲）则需要更高的采样率，至少是信号频率的10倍，以考虑上升时间。 **采样过程**：信号首先通过放大器，然后由快速电子开关进行采样，采样点的电压被存储在保持电容上，由模数转换器转换成数字值。采样率设置不当可能导致测量误差，如混叠，即当采样不足时，信号的真实频率可能被误判为低于实际频率的频率。 **量化误差**：由于模数转换器（ADC）的有限位数，信号被转换成离散的量化级别。位数越多，量化误差越小，显示的波形精度越高。例如，8位ADC能表示256个级别，而显示的信号小于满格会增加量化台阶，降低精度。 理解示波器的基础知识和关键技术参数是正确使用示波器进行信号分析的关键。选择合适的带宽和采样率，以及注意量化误差的影响，将有助于获取更准确的测量结果。在使用示波器时，不断关注这些参数的设置和影响，将有助于提高测试的可靠性和准确性。