示波器基礎(chǔ)培圳課件

1、示波器基礎(chǔ)示波器基礎(chǔ)Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 1Page 2議程議程標(biāo)志性指標(biāo): 帶寬 采樣率 存儲(chǔ)器深度 通道數(shù)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(zhì)量 觸發(fā) 測(cè)量分析 連通性500 MHz信號(hào)信號(hào): 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(cè)量系統(tǒng)的組成部分探頭是測(cè)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(nèi)系統(tǒng)帶寬包括示波器，探頭和附件在內(nèi) 高阻抗無源探頭高阻抗無源探頭 優(yōu)點(diǎn)：耐用，電壓范圍寬，輸入阻抗高，便宜，通用性好 缺點(diǎn): 有限的 600MHz 帶寬，高輸入電容和無阻尼附件（無規(guī)定指標(biāo)） 高帶寬有源探頭高帶寬有源探頭 優(yōu)點(diǎn)：高帶寬（最高可達(dá)13GHz），低信號(hào)負(fù)載，阻尼附件 （有規(guī)定指標(biāo)） 缺點(diǎn)：不耐用，電壓范圍小，價(jià)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(duì)上升時(shí)間的最高頻率成分相對(duì)上升時(shí)間的最高頻率成分 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式： 確定信號(hào)最快上升時(shí)間，tr 計(jì)算信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算需要的示波器帶寬計(jì)算需要的示波器帶寬:BWscope = 2 BWsignal (高斯頻率響應(yīng)示波器, 1GHz) 兩個(gè)倍乘系數(shù)都產(chǎn)生約兩個(gè)倍乘系數(shù)都產(chǎn)生約 3% 的測(cè)量誤差的測(cè)量誤差Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 7三種采樣技術(shù)三種采樣技術(shù) 等等效采效采樣（或隨機(jī)重復(fù)采樣）樣（或隨機(jī)重復(fù)采樣） 實(shí)時(shí)采樣（或單次采樣）實(shí)時(shí)采樣（或單次采樣） 順序順序采采樣（另一種重復(fù)采樣）樣（另一種重復(fù)采樣）Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2

5、009Page 8等效（重復(fù)）采樣等效（重復(fù)）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(fù)性波形只能用于重復(fù)性波形 多次采集實(shí)現(xiàn)高分辨率多次采集實(shí)現(xiàn)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(shí)間）建造波形（等效時(shí)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(shí)時(shí)實(shí)時(shí)（單次）采樣（單次）采樣 適用于重復(fù)波形和單次波形適用于重復(fù)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(shù)字濾波精確重構(gòu)數(shù)字波形形狀數(shù)字濾波精確重構(gòu)數(shù)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(shí)鐘，時(shí)鐘，1ns 沿速度沿速度Page 12存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的用途的用途161443 122 176 232 231 229 228示波器存儲(chǔ)器示波器存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器中必須保存每一樣本存儲(chǔ)器中必須保存每一樣本 存儲(chǔ)器越深，保存樣本越多存儲(chǔ)器越深，保存樣本越多 如果保持采樣率不變，越長(zhǎng)的捕獲時(shí)間意味著必須保存越多的如果保持采樣率不變，越長(zhǎng)的捕獲時(shí)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(shí)間時(shí)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(chǔ)器的潛在缺陷深存儲(chǔ)器的潛在缺陷顯示波形顯示波形示波示波器死區(qū)時(shí)間器死區(qū)時(shí)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(shí)間內(nèi)失死區(qū)時(shí)間內(nèi)的毛刺和異的毛刺和異常信號(hào)常信號(hào) 減慢對(duì)用戶輸入的響應(yīng)減慢對(duì)用戶輸入的響應(yīng)Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009 增加采

9、集間增加采集間的的死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間Page 15快波形更新率快波形更新率 MegaZoom 技術(shù)技術(shù) - Agilent 用帶有定制用帶有定制 ASIC 硬件處理的深存儲(chǔ)硬件處理的深存儲(chǔ)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(chǔ)分段存儲(chǔ) 聰明地使用存儲(chǔ)器聰明地使用存儲(chǔ)器 優(yōu)化示波器的可用存儲(chǔ)器優(yōu)化示波器的可用存儲(chǔ)器 只捕獲重要信號(hào)活動(dòng)，而不捕獲空閑時(shí)間只捕獲重要信號(hào)活動(dòng)，而不捕獲空閑時(shí)間 最適合捕獲最適合捕獲“突發(fā)突發(fā)”信號(hào)，例如打包的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，例如打包的串行數(shù)據(jù)例子例子:捕獲的段數(shù)捕獲的段數(shù): 1000最后段的時(shí)間標(biāo)記最后段的時(shí)間標(biāo)記: 127 秒秒等效存儲(chǔ)器深度等效存儲(chǔ)器深度: 500 MB段段 #1時(shí)間標(biāo)記時(shí)間標(biāo)記 = 0.0 s段段 #2時(shí)間標(biāo)記時(shí)間標(biāo)記 = 7.6 ms段段 #1000時(shí)間標(biāo)記時(shí)間標(biāo)記 = 127 sPage 16Oscilloscopes BasicsAgi

11、lent Confidential October 15, 2009Page 17顯示質(zhì)量顯示質(zhì)量Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009只有只有2級(jí)亮度的級(jí)亮度的數(shù)字示波器數(shù)字示波器傳統(tǒng)模擬示波器傳統(tǒng)模擬示波器有有256級(jí)亮度的級(jí)亮度的數(shù)字示波器數(shù)字示波器要示出最真實(shí)的信號(hào)模擬視圖，數(shù)字示波器應(yīng)具備：要示出最真實(shí)的信號(hào)模擬視圖，數(shù)字示波器應(yīng)具備： 快快速速波波形存儲(chǔ)器形存儲(chǔ)器 深存儲(chǔ)器，性能卓絕深存儲(chǔ)器，性能卓絕 256 級(jí)顯示亮度級(jí)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(chǔ)器存儲(chǔ)器PHYIC控制控制面板面板ADCI2C 時(shí)鐘時(shí)鐘I2C 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)DDRCtrl, Add,DataLVDSSPI ClkSPI InSPI OutUSB捕獲、顯示、測(cè)量、分析和驗(yàn)證遍及捕獲、顯示、測(cè)量、分析和驗(yàn)證遍及 DUT 的信號(hào)的信號(hào)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(nèi)部?jī)?nèi)部FPGA信信號(hào)號(hào)多少通道夠用多少通道夠用？Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009Page 18Page 19混合信號(hào)示波器混合信號(hào)示波器 (MSO) MSO 捕獲和顯示足夠數(shù)量的模擬通道和數(shù)字通道捕

13、獲和顯示足夠數(shù)量的模擬通道和數(shù)字通道 2 個(gè)或個(gè)或 4 個(gè)示波器通道與個(gè)示波器通道與 16 個(gè)數(shù)字定時(shí)通道的時(shí)間相關(guān)顯示個(gè)數(shù)字定時(shí)通道的時(shí)間相關(guān)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(cè)量能力與把示波器的全部測(cè)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(jí)示波器觸發(fā)中級(jí)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(shù)據(jù)數(shù)據(jù) = 1001 0011）觸發(fā)同步采集和顯示輸入信號(hào)的特定波形部分觸發(fā)同步采集和顯示輸入信號(hào)的特定波形部分觸發(fā)觸發(fā) - MSO對(duì)對(duì) MSO 來說，建立對(duì)模擬通道和數(shù)字通道組合的并行和序來說，建立對(duì)模擬通道和數(shù)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(yīng)用軟件每秒掃描數(shù)千個(gè)采集波形應(yīng)用軟件每秒掃描數(shù)千個(gè)采集波形 隔離異常信號(hào)行為隔離異常信號(hào)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(xiàn)的異常能發(fā)現(xiàn)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(shù)設(shè)計(jì)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(shí)和更深入的洞察Page 23Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009測(cè)量和分析測(cè)量和分析時(shí)間光標(biāo)和電壓光標(biāo)參數(shù)測(cè)量 上升時(shí)間, Vpp, 脈沖寬度等 測(cè)量統(tǒng)計(jì)波形運(yùn)算 加, 減, 積分, FFT 等通過 / 失敗模板測(cè)試對(duì)特定應(yīng)用的一致性測(cè)試RF 域矢量信號(hào)分析 (VSA)FPGA 動(dòng)態(tài)探測(cè)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(cè)試失敗模板測(cè)試對(duì)特定應(yīng)用的一致性測(cè)試對(duì)特定應(yīng)用的一致性測(cè)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(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 ( 從任何網(wǎng)絡(luò)瀏覽器通過局域網(wǎng))LAN 或 USB 打印機(jī)保存 / 傳送圖像: BMP, TIF, PNG 等格式波形數(shù)據(jù): CSV, ASCII, BIN 等格式示波器設(shè)置測(cè)量 / 分析結(jié)果Page 25Oscilloscopes BasicsAgilent Confidential October 15, 2009IntuiLink

18、 軟件軟件網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器遠(yuǎn)地控制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器遠(yuǎn)地控制Agilent 示波器示波器經(jīng)濟(jì)型示波器經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)最快的示波器公司年以來增長(zhǎng)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