示波器

花500买了人生中第一台示波器,打算学习用,买的二手的,新机大概660左右。蹲了海鲜市场好多天,之前看了很多二手示波器,感觉有点离谱,价格便宜的都是老古董模拟示波器,或者坏的。有些老机器看着配置一般,成色也不好,缺胳膊少腿的,卖的也很贵。还有稍微新点的,有的卖的比新机还贵,就比如我买的这款有很多卖六七百的,我干嘛不买新的。
买的是一个手持的,比台式的好处就是不占空间,不用隔离变压器,可以在户外使用,不过硬件方面也比台式的差点。
配置是双通100m带宽,应该是单通模式才100M,双通50M。1G采样率,这款说是有虚标。存储深度标的是240kbit,估计就是25Kpts左右。
之前还看过同样是手持平板的示波器,原子正点,不过主要配置低了点,还有屏幕太小了,没有入手。
等示波器到了开箱看看,下个装备打算再弄个电桥用用

示波器的功能及用途

简单介绍了示波器的基本原理, 让您了解什么是示波器, 以及如何操作示波器。我们将会探讨示波器的应用, 并概括介绍基本的测量和性能特征。我们还将介绍不同类型的探头, 并讨论它们的优缺点。

序言电子技术在我们的生活中无所不在。每天都有上百万人使用电子产品,例如手机、电视机和计算机。随着电子技术的进步,这些产品的工作速度也变得越来越快。如今,大多数电子产品都采用了高速数字技术。

工程师需要可以精确设计和测试他们在高速数字产品中所使用的元器件的能力。他们在设计和测试元器件时所使用的仪器必须特别适合处理高速和高频的特性才行,而示波器正好是这样的一种仪器。

示波器是一种功能强大的工具, 在设计和测试电子器件方面很有用。它们在您判定系统器件是否正常方面扮演极为重要的角色,而且还能帮助您确定新设计的元器件是否按照预想的方式进行工作。示波器的功能远比万用表更强大,因为它们可以让您观察电子信号的实际情况。

示波器的使用范围非常广泛,从汽车业到大学的研究实验室以及航空航天/ 国防产业等。许多公司都依赖示波器来发现瑕疵,以便制造出质量合格的产品。示波器在满足客户对更新颖和更优质的电子产品的需求方面,是绝对不可或缺的工具。

示波器的主要用途在于显示电子信号。通过观察示波器上显示的信号,您可以确定电子系统的某个元器件是否在正常工作。因此,要想了解示波器的工作方式,必须先要了解信号的基本原理。

波形的特性电子信号会以波形或脉冲的形式出现。波形的基本特性包括:幅度、相移、周期、频率。

幅度在工程应用中经常使用的幅度定义主要有两个。第一种通常称为峰峰值(peak amplitude),其定义为波动信号的最大偏移量。第二种是均方根(RMS) 幅度。要计算波形的有效值电压,必须将波形值平方并求出平均值,然后再求平方根。

对正弦波来说,RMS幅度等于峰值幅度的 0.707 倍。

图 1. 正弦波的峰峰值和有效值

图 2. 三角波的周期

相移相移是指两个其他条件都相同的波形之间的水平位移量,以度或弧度为单位。就正弦波来说,一个周期以360 度来表示。因此,如果两个正弦波相差半个周期,那么它们的相对相移就是 180 度。

周期波形的周期是指波形重复出现一次所花费的时间,以秒为单位。

频率每个周期性波形都有一个频率。频率是指波形在一秒内重复出现的次数(如果您使用Hz 为单位)。频率与周期互为倒数。

波形波形是指波的形状或图形再现(representation)。波形可以提供许多有关信号的信息,举例来说,它可以透露出电压是否突然改变,呈线性变化或保持不变。标准的波形有很多种, 本节只会介绍您最常碰到的几种。

正弦波正弦波通常与交流 (AC) 电源有关,例如您屋内的电源插座。正弦波的峰值幅度并非永远固定,如果峰值幅度会随着时间不断地下降,我们就称这种波形为阻尼正弦波 (damped sine wave)。

方波/ 矩形波方波(square wave) 会在两个不同的值之间周期性地跳动,而且在高电平和低电平部分的时间长度会相等。矩形波(rectangular wave) 与方波不同的地方在于高、低值部分的时间长度并不相等。

图 3. 正弦波

图 4. 方波

三角波/ 锯齿波在三角波中,电压会随着时间呈线性变化。它的信号边沿称为斜波, 因为波形不是斜升就是斜降到某个电压。锯齿波(sawtoothwave) 看起来跟三角波很像,因为它的前沿或后沿的信号沿会随着时间产生线性的电压响应,但相反方向的边沿几乎是立即下降的。

脉冲脉冲是指固定电压中突然出现的波动,就像在一个房间中突然打开电灯,然后迅速熄灭电灯的情形。一连串的脉冲称为脉冲串(pulsetrain),延续前面的比喻,这就好比不断重复快速开灯与关灯的动作一样。

脉冲是信号中常见的毛刺或错误波形。那么脉冲也可以是一个只带有一个信息的信号波形。

复合波波形也可以是以上各种波形的混合。它们不一定要具备周期性,而且可以是非常复杂的波形。

模拟信号与数字信号的比较模拟信号可以代表某个范围内的任何值。您不妨想象一下模拟时钟, 时针每12个小时旋转一周,在这段期间内时针会持续移动,并不会出现读值跳动或不连续的情形。现在将它与数字时钟比较一下。数字时钟只会显

示小时和分钟,因此是以分钟作为间隔时间,它会一下子突然从 11:54 跳到 11:55。

图 5. 三角波

数字信号同样具备非连续与量化的特性。通常,非连续信号会有两个可能的值(高或低,1 或0 等),因此信号会在这两个可能的值之间来回跳动。

图 6. 锯齿波

图 7. 脉冲

什么是示波器, 您为什么需要它?信号完整性示波器主要的用途在于准确地再现电信号,因此信号完整性显得非常重要。信号完整性是指示波器重建波形准确再现原始信号的能力。信号完整性很低的示波器是没有价值的,因为当示波器显示的波形形状或特性与

真正的信号相差较远时进行测试便毫无意义。但是,不论示波器的品质有多好也无法完全再现真正的信号。这是因为当您将示波器连接到电路时,示波器就会变成电路的一部分。换言之会有一些负载效应产生。仪器制造商虽然很努力要将负载效应减到最小,但就某种程度而言它们一直都存在。

示波器的外观一般来说,最新型数字示波器的外观与图 8 中的示波器相似。然而示波器的种类繁多,您的示波器看起来或许与之截然不同。尽管如此,大部分的示波器都具有一些基本的特性。大多数示波器的前面板大致可以分成

信号的水平轴 (通常代表时间) 和垂直轴(代表电压)。触发控制区域使您可以设置示波器在何种条件下让时基开始进行扫描。

示波器的后面板如图 9 所示。

如您所见,许多示波器都具备个人计算机的连通性特性,包括CD- ROM 驱动器、CD-RW 驱动器、DVD- RW 驱动器、USB 端口、串口,以及外接式监视器、鼠标与键盘输入等。

几个区域: 通道输入、显示屏、水平控制、垂直控制以及触发控制。如果您的示波器未配备Microsoft? Windows? 操作系统,那么很可能会提供一组功能键,用于控制屏幕上的菜单。

您可以通过通道输入接口 (即探头插入的连接器),把信号传到示波器上。显示屏是用来显示这些信号的屏幕。水平与垂直控制区域包含了一些旋钮与按键,可用来控制显示屏上的

显示屏 水平控制区域

图 8. Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器的前面板

图 9. Agilent Infiniium 8000系列示波器的后面板

示波器的用途示波器是一种测量与测试仪器, 可以显示某个变量与另一个变量之间的函数关系。例如,它可以在显示屏上绘制一个电压 (y 轴) — 时间 (x 轴) 图。图10 便是这类图的一个例子。如果您想测试某个电子器件是否在正常工作,这项功能会很有用。如果您知道移除器件之后应该会出现何种信号波形,就可以使用示波器来查看器件是否真地输出正确的信号。请注意,x 和y 轴会以网格线划成一些格子。您可以利用这些网格线来进行手动测量,但最新的示波器都能自动执行大部分的测量。示波器的功用不只是绘制电压 — 时间图。

示波器提供多个称为通道的输入,每个通道都可以独立工作。因此,您可以将通道 1 连接到某个器件,将通道2 连接到另一个器件。如此示波器便能绘出通道 1 测得的电压与通道 2测得的电压之间的比较图。此模式称为示波器的XY 模式,它在绘制I-V 图或Lissajous 图时很有用。从Lissajous 图的形状可以得知两个信号之间的相位差与频率比。图 11 为Lissajous 图及它们所代表的相位差和频率比。

图 10. 示波器显示的方波的电压 — 时间图

图 11. Lissajous 图

示波器的类型模拟示波器最早出现的是模拟示波器,它使用阴极射线管来显示波形。电子束在选通打开和关闭时沿着水平线方向扫描。屏幕上涂有萤光物质,只要被电子束击中就会发光。当连续的萤光点亮起时,您便可以看到信号的再现图形。为了让示波器稳定地显示波形, 必须使用触发。当显示屏上的整个波形轨迹线完成时,示波器会等到特定的事件发生(例如上升沿超过某个电压值)后才再次开始显示迹线。未经触发的显示画面是没有用处的,因为显示的波形并不稳定(对于下面将会讨论的DSO 和MSO 示波器来说同样如此)。

模拟示波器非常实用,因为萤光点会继续发光一段时间而不会马上消失。您可以从几个彼此重迭的示波器轨迹线上看到信号的毛刺或不规则性。由于当电子束击中屏幕时波形便会显示,所以显示信号的亮度与实际信号的强度有关。这使得显示屏就像一个 3D 图一样(换言之,x 轴代表时间,y轴代表电压,而z轴则代表强度)。

模拟示波器的缺点是显示画面无法固定不动,好让波形停留较长的时间。当萤光物质不再发光,该部分的信号也会跟着消失。另外,您也无法自动执行波形测量,而必须使用显示屏上的网格线以手动方式来进行测量。模拟示波器可以显示的信号类型也很有限,因为电子束执行水平扫描和垂直扫描的速度存在上限。虽然目前还有很多人在使用模拟示波器,但这类产品在市场上的销量大不如前, 反之数字示波器成了广受欢迎的最新工具。

数字存储示波器 (DSO)数字存储示波器(通常称为DSO) 是为了弥补模拟示波器的许多缺点而发明的。DSO的输入信号必须利用模拟数字转换器来进行模数转换。图12 是安捷伦数字示波器所采用的一种DSO 体系结构。

衰减器会调整波形。垂直放大器会做进一步的调整,然后把波形传到模拟/ 数字转换器 (ADC)。ADC 会对收到的信号进行采样和数字转换,然后将数据储存到存储器中。触发器会寻找触发事件,而时基会调整示波器的时间显示。当微处理器系统按照您的指定对信号进行后期处理之后,信号便会在示波器上显示。

以数字方式表示数据,可让示波器执行各种波形测量。信号可以无限期地存放在存储器中,也可以打印出来或通过闪存、LAN或DVD-RW光盘传送到计算机上。事实上,您现在还可以通过软件提供的虚拟前面板从计算机上来控制与监测示波器。

图 12. 数字示波器的体系结构

混合信号示波器 (MSO)DSO 的输入信号属于模拟信号, 模拟数字转换器可以将其转换为数字信号。随着数字电子技术的蓬勃发展,同时监测模拟与数字信号的必要性愈来愈高。鉴于此,示波器厂商开始生产能够触发和显示模拟与数字信号的混合信号示波器。这类仪器通常会提供少数几个模拟通道 (2 或 4 个) 及较多的数字通道(参见图 13)。

MSO 混合信号示波器的优点是可以在模拟与数字信号组合上进行触发,并显示以相同时基进行关联的所有这些信号。

便携式/ 手持式示波器顾名思义,便携式/ 手持式示波器是指一种体积足够小,能够随身携带的示波器。如果您需要在许多不同的地点或实验室中的不同工作台之间搬动示波器,那么便携式示波器最适合您使用。图 14 是Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器。

图 13. 混合信号示波器的前面板输入提供了 4 个模拟通道和 16 个数字通道

便携式示波器的优点是轻便易携,可以快速打开和关闭,而且很容易使用。它们的性能通常比不上大型示波器,但Agilent InfiniiVision 5000、6000 和 7000 系列改变了这个事实。这些示波器具有便携式示波器常见的便携性和易用性,但同时功能也足够强大,可以满足您所有的调试需求。

图 14. Agilent InfiniiVision 5000 系列便携式示波器

经济型示波器经济型示波器的价格适中,但性能比不上高性能示波器。这些示波器通常可在大学的实验室里看到,其主要优点就是价格较低。您可以用相当适中的价格,买到非常实用的示波器。

高性能示波器高性能示波器可提供最佳的性能。当用户需要高带宽、快速采样率和更新速率、较大存储器深度以及广泛测量功能时,往往会选用这种示波器。图 15 中的Agilent Infiniium 90000A 系列示波器就是高性能示波器的一个例子。

高性能示波器的一大优点是可以让您正确分析各种信号,并且它还提供了许多应用软件和工具,以便现有技术的分析变得更简单而快速。高性能示波器最大的缺点是价格昂贵且体积较大。

示波器的使用范围凡是需要测试或使用电子信号的公司,几乎都会用到示波器,因此示波器的使用范围非常广泛:

汽车技术人员可以使用示波器来诊断汽车的电气问题。大学实验室可以使用示波器向学生教授电子知识。全球各家研究团体都拥有示波器以供使用。手机制造商可以使用示波器来测试信号的完整性。军事和航空航天行业可以使用示波器来测试雷达通信系统。研发工程师可以使用示波器来测试和设计新的技术。示波器也可以用于一致性测试。例如用来确保USB 和HDMI 的输出符合某些标准。示波器的用途十分广泛,以上只是其中的几种。它确实是一种功能强大的通用仪器。

图 15. Agilent Infiniium 90000A 系列示波器

基本的示波器控制与测量基本的前面板控制通常,您必须使用前面板上的旋钮和按键来操作示波器。除前面板上提供的控制按键旋钮以外,许多高端示波器现在也配有操作系统,因此可以像计算机一样来操作。您可以为示波器连接鼠标和键盘,并使用鼠标通过显示屏上的下拉式菜单和按键来调整控制。此外,有些示波器还配备有触摸屏,只要通过触笔或指尖就能访问菜单。

开始之前...当您第一次使用示波器时,请先检查您要使用的输入通道是否已经打开。然后找到并按下 [Default Settings] 键,使示波器恢复到原来的默认状态。接着再按下 [Autoscale] 键,来自动设定垂直和水平刻度,以便在显示屏上完美地呈现波形。以此作为起点,然后再做些必要的调整。如果您无法追踪到波形或在显示波形方面出现困难,请重复以上步骤。大部分示波器的前面板都至少包括四个主要区域: 垂直和水平控制、触发控制以及输入控制。

垂直控制示波器的垂直控制机构通常集中在一个标示为Vertical的区域内,这些控制按键旋钮可以让您调整显示屏的垂直刻度。例如,其中有一个控制旋钮可以指定显示屏网格的y 轴上的每格(刻度) 电压。您可以通过降低每格电压来放大显示波形,或提高每格电压来缩小显示波形。另外还有一个控制旋钮可以调整波形的垂直偏移,它可以让整个波形在显示屏上往上或往下平移。图16 是Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器的垂直控制区域。

水平控制示波器的水平控制按键旋钮通常集中在前面板上标示为Horizontal 的区域。这些控制按键旋钮可以让您调整显示屏的水平刻度。其中有一个控制机构可以指定x 轴的每格时间。同样,只要减少每格时间,您就可以放大显示较窄时间范围内的波形。另外还有一个控制旋钮可调整水平延迟(偏置),它可以让您扫描一个时间范围。图17是Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器的水平控制区域。

图 16. Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器前面板上的垂直控制区域

图 17. Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器前面板上的水平控制区域

触发控制如前所述,在您的信号上进行触发有助于显示一个稳定、可用的波形,并使您可以查看感兴趣的波形部分。触发控制可使您选择垂直触发电平 (例如您希望示波器触发时所在的电压) 和不同的触发功能。常见的触发类型包括:

边沿触发:边沿触发是使用最多的一种触发模式。当电压越过某个阈值时,触发就会发生。您可以选择在上升沿或下降沿触发。图 18 是在上升沿触发的一个图形显示。

图 18. 当您在上升沿进行触发时, 只要达到阈值, 示波器就会进行触发

毛刺触发:在毛刺触发模式下, 当事件或脉冲宽度大于或小于指定的时间长度时就会进行触发。这项功能对于发现随机毛刺或错误非常有用。如果这些毛刺不常出现,可能会很难看到,但只要使用毛刺触发您就可以捕获到许多这类错误。图 19 是Agilent InfiniiVision 6000系列示波器捕获到的一个毛刺。

图 19. Agilent InfiniiVision 6000 系列示波器捕获到的一个偶发毛刺

脉冲宽度触发:当您寻找特定脉冲宽度时,脉冲宽度触发与毛刺触发类似。但这项触发功能更普遍,因为您可以在任何指定宽度的脉冲上触发,并可选择想要在脉冲的哪个极性 (负或正) 上触发。您也可以设定触发的水平位置,以观察触发前后所发生的事。例如,您可以执行毛刺触发来找出错误,然后查看触发前的信号以了解造成毛刺的原因。如果将水平延迟设置为 0,则触发事件将会以水平方向出现在屏幕中间。在触发之前发生的事件会出现在屏幕的左边,在触发之后立即发生的事件会出现在右边。您也可以设置触发耦合,以及您想要触发的输入信号源。您不一定非得在您的信号上触发,而是还可以在相关的信号上触发。图20是示波器前面板的触发控制区域。

图 20. Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器前面板上的触发控制区域

输入控制示波器通常提供 2 或4 个模拟通道。这些通道会加以编号,而且每个通道通常会对应一个相关的按键,供您打开或关闭通道使用。另外,您也可以选择指定的交流或直流耦合。如果选择直流耦合,则输入整个信号。反之,交流耦合会阻隔直流成分,并将波形的中心设在大约0 V (接地)。此外,您还可以通过选择键为每个通道指定探头阻抗。您也可以通过输入控制按键选择采样类型。信号的采样有两种基本的方法:

实时采样:实时采样会对波形进行频繁的采样,因此在每次扫描时都能捕获到完整的波形图像。如果您要对低频信号进行采样,这个方法会很有用,因为示波器在一次扫描中可以不断地对波形进行采样。

等效时间采样:等效时间采样必须历经好几次扫描才能建立波形。它会在第一次扫描时采样信号的某个部分,在第二次扫描时采样另一部分,依此类推。接着它会将所有的信息结合在一起,以便重建波形。等效时间采样适用于高频信号的采样,这些信号对实时采样来说速度太快,无法进行采样。

功能键您可以在未配备Windows 操作系统的示波器上找到一些功能键(如图8所示的功能键),利用这些功能键来访问示波器显示屏上的菜单系统。

图 21 是按下功能键时弹出的快捷菜单,图中显示的菜单是在选择触发模式后出现的。您可以不断地按功能键以切换不同的选项,或利用前面板上的旋钮转到您想要的选项。

图 21. 当您按下触发菜单下的功能键时, Trigger Type 菜单就会出现

基本测量数字示波器可以支持您执行广泛的波形测量,测量的复杂程度和范围取决于示波器的功能组合。图 22 是Agilent 8000系列示波器的空白画面。请注意,在屏幕的最左边有一列测量按键/图标,使用鼠标将这些图标拖曳到波形上,示波器便可计算出测量结果。这些图标一看就知道是执行哪一种测量计算,因此使用非常方便。

许多示波器都会提供以下的基本测量:

图22. Agilent 8000 系列示波器的空白画面

峰峰值电压图 23. 峰峰值电压

这项测量计算在波形一个周期内的高电压和低电压之间的电压差。

RMS 电压这项测量计算波形的RMS电压, 该值可进一步用来计算功率。

上升时间这项测量计算信号从低电压上升到高电压所花的时间。通常是计算波形从峰峰值电压的 10% 变到 90% 所花的时间。

24. 上升时间示例(显示峰峰值电压从 0% 到 100% 所需的时间,而非通常设置的 10% 到 90%)

脉宽正脉冲宽度测量计算脉冲宽度的方法是,计算波形从峰峰值电压的50% 上升到最大电压再回落到 50% 所需的时间。负脉冲宽度测量则是计算波形从峰峰值电压的 50% 降到最小电压再回到 50% 所需的时间。

周期这项测量计算波形的周期。

频率这项测量计算波形的频率。

以上是许多示波器都会提供的测量项目,但大多数示波器所能执行的测量并不仅限于此。

基本的数学运算功能除了前面讨论的测量功能之外,您还可以针对波形执行许多数学运算,包括:

傅立叶变换通过傅立叶变换,您可知道信号由哪些频率组成。

绝对值这项数学运算功能显示您波形的绝对值(以电压值表示)。

积分这个数学运算功能计算波形的积分。

加减运算您可以利用加减运算将多个波形相加或相减,并显示结果所产生的信号。再次强调,以上只是示波器所提供的一小部分测量与数学运算功能。

重要的示波器性能特性带宽和通道示波器的许多特性都会明显影响仪器的性能,进而决定您准确测试设备的能力。本节会介绍这些最基本的特性,也会帮助您熟悉示波器的术语,并说明如何明智地挑选最符合您需求的示波器。

带宽带宽是示波器的一项最重要的特性,因为它表示示波器在频域内的测量范围。换言之,带宽决定了您能够准确显示与测试的信号范围(以频率表示)。带宽以Hertz 为测量单位。没有足够的带宽,您的示波器将无法准确再现真实的信号。例如,您可能会发现信号的幅度是错的、信号边沿并不稳定或有波形细节丢失。示波器带宽是指将信号衰减 3 dB 时的最低频率。我们也可以从另外一个角度来解释带宽: 如果您在示波器中输入一个纯正弦波,当显示的幅度达到真实信号幅度的 70.7% 时的最小频率即为带宽。

有关示波器带宽的详细信息,请参见应用指南 1588,Choosing an Oscilloscope with the Right Band- width for Your Application。

通道通道是指示波器的独立输入。示波器通道的数量介于 2 个 到 20 个之间,通常是 2 个或 4 个。通道所传送的信号类型也不尽相同。有些示波器只具有模拟通道(这些仪器称为DSO— 数字信号示波器),另一些示波器同时具有模拟通道和数字通道,称为混合信号示波器 (MSO)。例如, Agilent InfiniiVision 6000 系列MSO 提供 20 个通道,其中 16 个是数字通道,4 个是模拟通道。

请确保有足够的通道供应用使用。如果只有两个通道,但必须同时显示 4 个信号,显然会出问题。

图 25. Agilent MSO 8000 系列示波器上的模拟和数字通道

采样率示波器的采样率是指每秒可采集的样本数量。建议您选择采样率至少比带宽大 2.5 倍的示波器,但采样率最好为带宽的 3 倍以上。

在评估示波器制造商所宣传的采样率技术指标时必须要谨慎,厂商通常会列出示波器可达到的最大采样率,但这样的采样率通常只有在使用一个通道的情况下才能达到。如果同时使用多个通道,采样率就会下降。因此,请确认在使用多少个通道的情况下,仍可维持厂商所声称的最大采样率。如果示波器的采样率太低,您在示波器上所看到的信号可能不是很精确。例如,假设您想查看一个波形, 但示波器的采样率每个周期只能产生两个数据点(图 26)。

图26. 采样率每个周期产生 2 个数据点的波形

现在假设是相同的波形,但是采样率提高为每个周期采样7次 (图27)。

图27. 采样率每个周期产生 7 个数据点的波形

显然每秒采集的样本越多,显示的波形就越清晰、准确。如果针对以上的例子持续提高波形的采样率,则采样数据点最终看起来几乎是连续的。事实上,示波器会使用sin(x)/x 内插法来填满采样数据点之间的空间。

有关示波器采样率的更多信息, 请参见应用指南 1587,Evaluating Oscilloscope Sample Rates vs. Sam- pling Fidelity: How to Make the Most Accurate Digital Measurements。

存储器深度如前所述,数字示波器使用 A/D (模拟/ 数字) 转换器对输入的波形进行模数转换,经模数转换的数据会存储到示波器的高速存储器中。存储器深度是指可以存储的记录数量,也就是可以存储数据的时间长度。

存储器深度在示波器的采样率方面扮演着相当重要的角色。在理想条件下,不论示波器的设置是什么,采样率都应维持不变。但这样的示波器在很小的每格时间(time/division) 设置下需要相当大存储器,而其售价将会超出许多客户所能负担的范围。实际上,只要增加时间范围,采样率便会

下降。存储器深度至关重要,因为示波器的存储器深度越大,您以全采样速率来采集波形的时间就越久。我们可以用数学式子来表示:

存储器深度 =(采样率) x (显示屏的时间设置范围)

因此,如果想在较长的时间范围内显示高分辨率数据点,那么就需要使用深存储器。确认示波器在最深的存储器深度设置时的性能也很重要。在此模式下示波器的性能通常会急剧下降,因此许多工程师只有在必要的时候才会使用深存储器。

有关设备存储器深度的更多信息, 请参见应用指南 1569,Demystifying Deep Memory Oscilloscopes。

更新速率和示波器连通性更新速率更新速率是指示波器采集和更新波形显示的速率。虽然肉眼看上去好像示波器正在显示“活动的”的波形, 但那是因为更新的速度太快,以致肉眼无法察觉到变化。事实上,每次波形采集之间都会出现一段静寂时间(图28),此时波形的某个部分并不会显示在示波器上。因此,如果在这段时间出现一些偶发事件或毛刺,您是不会看见的。

图 28. 静寂时间示意图, 圆圈指出的偶发事件将不显示

显而易见,快速的更新速率非常重要。更新速率越快,意味着静寂时间越短,可捕获到偶发事件或毛刺的机率就越高。

例如,您正在显示的信号中,每50,000 个周期出现一次毛刺,如果您的示波器的更新速率是每秒 100,000 个波形,那么平均每秒可捕获到这个毛刺两次。但如果您的示波器的更新速率是每秒800 个波形,那么平均要花一分钟才能捕获到这个毛刺。这将必须等待较长的时间。

在比较不同示波器的更新速率技术指标时必须要小心。有些制造商在广告中所声称的更新速率,其实必须是在特殊的采集模式下才能达到。这些采集模式可能会严重限制示波器的性能,例如存储器深度、采样率和波形的重建,因此最好能确认示波器在最大更新速率下显示波形时的性能。

示波器连通性示波器提供了各种连通性特性。有些示波器会配备USB 端口、DVD- RW 光驱、外置硬盘和外部监测器端口等。以上所有的特性都可以帮助您更容易地使用示波器和传输数据。有些示波器还会配备操作系统,让您的示波器像个人计算机一样的运行。在连接了外部监视器、鼠标和键盘后, 您就可以将示波器视为嵌入到PC 机箱中一样来查看示波器的显示画面和进行控制操作。在许多情况下,您也可以通过USB 或LAN 连接,将数据从示波器传送到PC。

良好的连通性特性可为您节省许多宝贵的时间,并能协助您更容易地完成工作。例如,您可以迅速而完整地将数据传送到膝上型电脑,或与不同地点的同事分享数据。此外您也可以使用PC对示波器进行远程控制。很多情况下,用户都需要高效地传输数据,因此购买具备出色连通性特性的示波器才是正确的投资。

示波器可以决定您显示及分析信号的准确程度,但用来连接示波器与被测件 (DUT) 的探头则与信号完整性息息相关。如果您使用的是1 GHz 的示波器,但探头却只支持500 MHz 的带宽,那么您将无法充分利用示波器的带宽。本节讨论探头的类型及每种探头适合的应用。

负载没有一个探头能够完美复制您的信号,因为当您将探头连接到电路上时,探头就会变成该电路的一部分。电路中部分能量流经探头的现象称为负载效应。负载共有三种,包括: 电阻、电容与电感。

电阻负载会造成显示的信号的幅度产生误差,也可能在连接探头时导致故障的电路开始工作。探头的电阻最好比信号源电阻大10倍以上,以便使幅度误差在 10% 以下。

电容负载会导致上升时间变慢, 并使带宽变小。为了减少电容负载, 探头的带宽至少应是信号带宽的5倍。

电感负载在您的信号中会以振铃的形式出现。它是由探头接地导线的电感效应引起的,因此请尽可能选用最短的导线。

无源探头无源探头只包含无源器件,不需要使用电源便可运行。这类探头在探测带宽小于 600 MHz 的信号时很有用,一旦超过这个频率,就需使用另一种探头(有源探头)。

无源探头通常不贵,并具有易于使用和坚固耐用的特性。它们是一种准确的多功能探头。无源探头的种类包括低阻抗电阻分压探头、补偿式高电阻分压探头及高电压探头。

无源探头通常会产生高电容负载和低电阻负载。

图 29. 无源探头

有源探头使用有源探头时,必须通过电源供电。这类探头使用有源器件来放大或调整信号。有源探头可支持更高的信号带宽,因此高性能应用时多选择有源探头。

有源探头的价格要比无源探头高出许多,不但耐用性差,探针也比较重。但这类探头可以提供最佳的电阻和电容负载组合,并可让您测试更高频率的信号。

Agilent InfiniiMax 系列探头属于高性能探头。它们在探针尖使用一个阻尼电阻器,可以大幅减少负载效应。此外,它们也提供非常高的带宽。

图 30. 有源探头

电流探头电流探头可用来测量流经电路的电流,它们通常具有较大的体积,频宽也很有限(100 MHz)。

图 31. 电流探头

探头附件探头还提供各种不同的探针,从可以包覆缆线的大型探针,到只有几根头发粗的探针应有尽有。有了这些探针,您就可以更轻松地探测测试电路或被测件的各个部分。

在当今的科技领域中,示波器是一种功能非常强大的工具,它们适用于各个领域,并且与其他测量测试设备相比具有很多优点。阅读本应用指

南后,您对于示波器的基本原理应该已经有所了解。请运用这些知识并继续阅读其他高级主题,以便更有效地使用示波器。

总结在当今的科技领域中,示波器是一种功能非常强大的工具,它们适用于各个领域,并且与其他测量测试设备相比具有很多优点。阅读本应用指南后,您对于示波器的基本原理应该已经有所了解。请运用这些知识并继续阅读其他高级主题,以便更有效地使用示波器。

虚拟示波器

现在有很多声卡虚拟示波器软件。你上网搜索“声卡 示波器”即可找到。这类软件其实就是利用了计算机的音频输入端口的AD模块,将模拟采样数据直接提取到应用层,实现相应数据的图形化输出。需要注意的是,由于计算机音频信号输入的规格有限,又没有任何保护,在现实使用中应避免将被测信号直接接入计算机声卡,以免造成计算机损坏。最好是自己做一块转换板,一方面添加各种防护,一方面进行输出阻抗匹配(与声卡输入600Ω匹配),一方面添加增益调节功能扩大实际量程……实现思路是多种多样的。