示波器基礎培圳課件

1、示波器基礎示波器基礎Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 1Page 2議程議程標志性指標: 帶寬 采樣率 存儲器深度 通道數Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009按用戶需要選擇正確的示波器按用戶需要選擇正確的示波器其它重要因素： 探頭 更新率 顯示質量 觸發(fā) 測量分析 連通性500 MHz信號信號: 50 MHz 方波方波Page 3帶寬考慮帶寬考慮60 MHz100 MHz350 MHzOscilloscopes BasicsAg

2、ilent Confidential October 15, 2009Page 4系統(tǒng)帶寬系統(tǒng)帶寬 探頭是測量系統(tǒng)的組成部分探頭是測量系統(tǒng)的組成部分 系統(tǒng)帶寬包括示波器，探頭和附件在內系統(tǒng)帶寬包括示波器，探頭和附件在內 高阻抗無源探頭高阻抗無源探頭 優(yōu)點：耐用，電壓范圍寬，輸入阻抗高，便宜，通用性好 缺點: 有限的 600MHz 帶寬，高輸入電容和無阻尼附件（無規(guī)定指標） 高帶寬有源探頭高帶寬有源探頭 優(yōu)點：高帶寬（最高可達13GHz），低信號負載，阻尼附件 （有規(guī)定指標） 缺點：不耐用，電壓范圍小，價格貴Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential Oct

3、ober 15, 2009Page 5多多高帶寬足夠？高帶寬足夠？ 相對上升時間的最高頻率成分相對上升時間的最高頻率成分 經驗計算公式：經驗計算公式： 確定信號最快上升時間，tr 計算信號帶寬，BWsignal :BWsignal = 0.4/ tr (20% 至 80% 閾值)BWsignal = 0.5/ tr (10% 至 90% 閾值) 可能在通信標準中有所規(guī)定 10% 至 90% 閾值，還是 20% 至 80% 閾值？Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 6多多高帶寬足夠？高帶寬足夠？ （續(xù)）續(xù)）

4、計算需要的示波器帶寬計算需要的示波器帶寬:BWscope = 2 BWsignal (高斯頻率響應示波器, 1GHz) 兩個倍乘系數都產生約兩個倍乘系數都產生約 3% 的測量誤差的測量誤差Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 7三種采樣技術三種采樣技術 等等效采效采樣（或隨機重復采樣）樣（或隨機重復采樣） 實時采樣（或單次采樣）實時采樣（或單次采樣） 順序順序采采樣（另一種重復采樣）樣（另一種重復采樣）Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2

5、009Page 8等效（重復）采樣等效（重復）采樣第一次觸發(fā)第一次觸發(fā)第二次觸發(fā)第二次觸發(fā)第三次觸發(fā)第三次觸發(fā) 只能用于重復性波形只能用于重復性波形 多次采集實現高分辨率多次采集實現高分辨率 采樣率不是主要性能因素采樣率不是主要性能因素 最高分辨率由觸發(fā)硬件決定最高分辨率由觸發(fā)硬件決定Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 9建造波形（等效時間）建造波形（等效時間）采集采集 #1采集采集 #2采集采集 #3采集采集 #200Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential Oct

6、ober 15, 2009Page 10實時實時（單次）采樣（單次）采樣 適用于重復波形和單次波形適用于重復波形和單次波形 從一次觸發(fā)事件得到所有樣本從一次觸發(fā)事件得到所有樣本 Sin(x)/x 數字濾波精確重構數字波形形狀數字濾波精確重構數字波形形狀 采樣率必須采樣率必須 = 4X BWscope Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 20091 GSa/s (SR = 2 x BW)500-MHz 示波器示波器 (1 GSa/s vs 2 GSa/s vs. 4 GSa/s)2 GSa/s (SR = 4 x BW)4 G

7、Sa/s (SR = 8 x BW)輸入輸入 = 100 MHz 時鐘，時鐘，1ns 沿速度沿速度Page 12存儲器存儲器的用途的用途161443 122 176 232 231 229 228示波器存儲器示波器存儲器 存儲器中必須保存每一樣本存儲器中必須保存每一樣本 存儲器越深，保存樣本越多存儲器越深，保存樣本越多 如果保持采樣率不變，越長的捕獲時間意味著必須保存越多的如果保持采樣率不變，越長的捕獲時間意味著必須保存越多的樣本樣本Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 13采樣率采樣率 vs. 時間時間 格

8、格100 MSa/s800 MSa/s4 GSa/s1 MSa/s以以1ms/div為例為例Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 14深存儲器的潛在缺陷深存儲器的潛在缺陷顯示波形顯示波形示波示波器死區(qū)時間器死區(qū)時間顯示波形顯示波形 減慢波形更新率（即采集速率）減慢波形更新率（即采集速率） 丟丟失死區(qū)時間內失死區(qū)時間內的毛刺和異的毛刺和異常信號常信號 減慢對用戶輸入的響應減慢對用戶輸入的響應Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009 增加采

9、集間增加采集間的的死區(qū)時間死區(qū)時間Page 15快波形更新率快波形更新率 MegaZoom 技術技術 - Agilent 用帶有定制用帶有定制 ASIC 硬件處理的深存儲硬件處理的深存儲器解決了更新率問題器解決了更新率問題Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009毛刺捕獲概率毛刺捕獲概率 = 99.1%（觀察（觀察 5 秒）秒） 毛刺捕獲概率毛刺捕獲概率 = 0.66% （ 觀察觀察 5 秒）秒）例例 #1: 更新率更新率 = 100 波形波形 / 秒秒 例例 #2: 更新率更新率 = 100,000 波形波形 / 秒秒

10、無毛刺無毛刺毛刺毛刺分段存儲分段存儲 聰明地使用存儲器聰明地使用存儲器 優(yōu)化示波器的可用存儲器優(yōu)化示波器的可用存儲器 只捕獲重要信號活動，而不捕獲空閑時間只捕獲重要信號活動，而不捕獲空閑時間 最適合捕獲最適合捕獲“突發(fā)突發(fā)”信號，例如打包的串行數據信號，例如打包的串行數據例子例子:捕獲的段數捕獲的段數: 1000最后段的時間標記最后段的時間標記: 127 秒秒等效存儲器深度等效存儲器深度: 500 MB段段 #1時間標記時間標記 = 0.0 s段段 #2時間標記時間標記 = 7.6 ms段段 #1000時間標記時間標記 = 127 sPage 16Oscilloscopes BasicsAgi

11、lent Confidential October 15, 2009Page 17顯示質量顯示質量Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009只有只有2級亮度的級亮度的數字示波器數字示波器傳統(tǒng)模擬示波器傳統(tǒng)模擬示波器有有256級亮度的級亮度的數字示波器數字示波器要示出最真實的信號模擬視圖，數字示波器應具備：要示出最真實的信號模擬視圖，數字示波器應具備： 快快速速波波形存儲器形存儲器 深存儲器，性能卓絕深存儲器，性能卓絕 256 級顯示亮度級顯示亮度 XGA 分辨率顯示分辨率顯示輸入輸入輸出輸出模擬模擬傳感器傳感器AmpDAC

12、濾波器濾波器FPGA存儲器存儲器PHYIC控制控制面板面板ADCI2C 時鐘時鐘I2C 數據數據DDRCtrl, Add,DataLVDSSPI ClkSPI InSPI OutUSB捕獲、顯示、測量、分析和驗證遍及捕獲、顯示、測量、分析和驗證遍及 DUT 的信號的信號并行并行并行并行模擬模擬模擬模擬模擬模擬模擬模擬內部內部FPGA信信號號多少通道夠用多少通道夠用？Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 18Page 19混合信號示波器混合信號示波器 (MSO) MSO 捕獲和顯示足夠數量的模擬通道和數字通道捕

13、獲和顯示足夠數量的模擬通道和數字通道 2 個或個或 4 個示波器通道與個示波器通道與 16 個數字定時通道的時間相關顯示個數字定時通道的時間相關顯示Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009 完全的示波器功能，易于使用完全的示波器功能，易于使用 MSO 把示波器的全部測量能力與把示波器的全部測量能力與邏輯分析儀及串行協(xié)議分析儀的邏輯分析儀及串行協(xié)議分析儀的部分能力組合到一起部分能力組合到一起Page 20觸發(fā)觸發(fā)Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 200

14、9基本示波器觸發(fā)基本示波器觸發(fā) 沿（如沿（如 CH1 上升沿）上升沿）中級示波器觸發(fā)中級示波器觸發(fā) 脈沖寬度（如：脈沖寬度（如：CH1 = 高高 1 s） 碼型序列（如：找到碼型序列（如：找到“A”，然后，然后“B”） 串行總線（如：串行總線（如：SPI 數據數據 = 1001 0011）觸發(fā)同步采集和顯示輸入信號的特定波形部分觸發(fā)同步采集和顯示輸入信號的特定波形部分觸發(fā)觸發(fā) - MSO對對 MSO 來說，建立對模擬通道和數字通道組合的并行和序來說，建立對模擬通道和數字通道組合的并行和序列觸發(fā)是極為重要的列觸發(fā)是極為重要的Oscilloscopes BasicsAgilent Confiden

15、tial October 15, 2009Page 21觸發(fā)觸發(fā) 使用軟件限定使用軟件限定 InfiniiScanPage 22Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009 應用軟件每秒掃描數千個采集波形應用軟件每秒掃描數千個采集波形 隔離異常信號行為隔離異常信號行為 捕捕獲基于硬件解獲基于硬件解決方案不決方案不能發(fā)現的異常能發(fā)現的異常串行觸發(fā)和解碼串行觸發(fā)和解碼今天的大多數設計都包括串行總線通信，如： I2C SPI RS-232/UART I2S CAN LIN FlexRay USB MIL-STD 1553 PCI

16、ExpressAgilent 示波器的觸發(fā)模式和解碼為串行總線協(xié)議提供即時和更深入的洞察Page 23Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009測量和分析測量和分析時間光標和電壓光標參數測量 上升時間, Vpp, 脈沖寬度等 測量統(tǒng)計波形運算 加, 減, 積分, FFT 等通過 / 失敗模板測試對特定應用的一致性測試RF 域矢量信號分析 (VSA)FPGA 動態(tài)探測智能洞察并非只是波形捕獲和顯示智能洞察并非只是波形捕獲和顯示Page 24Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential Oc

17、tober 15, 2009通過通過 / 失敗模板測試失敗模板測試對特定應用的一致性測試對特定應用的一致性測試保存和建立文檔保存和建立文檔建立文檔通過:USB 閃存盤基于PC的IntuiLink 軟件 (通過 USB, LAN, 或 GPIB)PC 網絡服務器 ( 從任何網絡瀏覽器通過局域網)LAN 或 USB 打印機保存 / 傳送圖像: BMP, TIF, PNG 等格式波形數據: CSV, ASCII, BIN 等格式示波器設置測量 / 分析結果Page 25Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009IntuiLink

18、 軟件軟件網絡服務器遠地控制網絡服務器遠地控制Agilent 示波器示波器經濟型示波器經濟型示波器20MHz 200MHz1000 系列系列U1600A 系列系列手持式手持式 U2700 系列系列USBInfiniiVision 系列系列100MHz 1GHz7000 系列系列5000 系列系列6000/6000L 系列系列自自 1997 年以來增長最快的示波器公司年以來增長最快的示波器公司Infiniium 系列系列600MHz 80GHzDCA-J Series90000 系列系列 9000 系列系列Source: Prime Data 2008 Market Share AnalysisOscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 26Back Up SlidesOscilloscopes Basics