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新型數字示波器的應用

發表時間╃│•✘:2015-03-30  |  點選率╃│•✘:1608

新型數字示波器的應用

新型數字示波器的應用

示波器一直是工程師設計₪✘、除錯產品的好幫手·◕☁。但隨著計算機₪✘、半導體和通訊技術的發展╃▩☁││,電路系統的訊號時鐘速度越來越快╃▩☁││,訊號上升時間也越來越短╃▩☁││,導致因底層模擬訊號完整性問題引發的數字錯誤日益突出·◕☁。針對這些新的測試挑戰╃▩☁││,示波器供應商不斷推出了效能更好的數字示波器·◕☁。但要想準確快速地對系統訊號進行分析╃▩☁││,測量時還有很多新的因素必須考慮·◕☁。如儀器速度能否跟上被測訊號的變化₪✘、頻寬是否足夠₪✘、測量方法會不會引入干擾╃▩☁││,甚至還有所使用的探頭是否合適等等·◕☁。

問題1╃│•✘:每臺示波器都有一個頻率範圍╃▩☁││,比如10M₪✘、60M₪✘、100M...我手頭用的示波器標稱為60MHz╃▩☁││,是不是可以理解為它zui大可以測到60MHz▩↟▩•?可我用它測4.1943MHz的方波時都測不到╃▩☁││,這是什麼原因▩↟▩•?

答╃│•✘:60MHz頻寬示波器╃▩☁││,並不意味著可以很好地測量60MHz的訊號·◕☁。根據示波器頻寬的定義╃▩☁││,若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz頻寬示波器上╃▩☁││,您在示波器上將看到0.707V的訊號(30%幅值測量誤差)·◕☁。如果測試方波╃▩☁││,選擇示波器的參考標準應是訊號上升時間╃▩☁││,示波器頻寬=0.35/訊號上升時間×3╃▩☁││,此時您的上升時間測量誤差為5.4%左右·◕☁。

示波器的探頭頻寬也很重要╃▩☁││,若使用的示波器探頭包括其前端附件構成的系統頻寬很低╃▩☁││,將會使示波器頻寬大大下降·◕☁。如若使用20MHz頻寬的探頭╃▩☁││,則能實現的zui大頻寬是20MHz╃▩☁││,如果在探頭前端使用連線導線╃▩☁││,將會進一步降低探頭效能╃▩☁││,但對4MHz左右方波不應有太大影響╃▩☁││,因為速度不是很快·◕☁。

另外還要看一下示波器使用手冊╃▩☁││,有的60MHz示波器在1:1設定下╃▩☁││,其實際頻寬將銳減到6MHz以下╃▩☁││,對於4MHz左右的方波╃▩☁││,其三次諧波是12MHz╃▩☁││,五次諧波是20MHz╃▩☁││,若頻寬降到6MHz╃▩☁││,對訊號幅值衰減很大╃▩☁││,即使能看到訊號也不是方波╃▩☁││,而是幅值被衰減了的正弦波·◕☁。

當然╃▩☁││,測不出訊號的原因可能有多種╃▩☁││,如探頭接觸不好(該現象很容易排除)╃▩☁││,建議用BNC電纜連線一函式發生器╃▩☁││,檢驗該示波器本身有沒有問題╃▩☁││,探頭有沒有問題╃▩☁││,如有問題╃▩☁││,可和廠家直接·◕☁。

問題2╃│•✘:有些瞬時訊號稍縱即失╃▩☁││,如何捕捉並使其重現▩↟▩•?

答╃│•✘:將示波器設定成單次採集方式(觸發模式設定成Normal╃▩☁││,觸發條件設定成邊沿觸發╃▩☁││,並將觸發電平調到適當值╃▩☁││,然後將掃描方式設定成單次方式)╃▩☁││,注意示波器的儲存深度將決定您能採集訊號的時間以及能用到的zui大采樣速率·◕☁。

問題3╃│•✘:在PLL中週期抖動可以衡量一個設計的好壞╃▩☁││,但是要測量卻非常困難╃▩☁││,有什麼方法和技巧嗎▩↟▩•?

答╃│•✘:在使用示波器時╃▩☁││,要注意其本身的抖動相關指標是否滿足您的測試需求╃▩☁││,如示波器本身的觸發抖動指標等·◕☁。同時要注意使用不同的探頭和探頭連線附件時╃▩☁││,若不能保證示波器的系統頻寬╃▩☁││,測量結果也會不準確·◕☁。另外關於PLL設定時間的測量╃▩☁││,可使用示波器+USB-GPIB介面卡+軟體選件來完成╃▩☁││,也可用較為便宜的調製域分析儀·◕☁。

問題4╃│•✘:為什麼我的示波器有時候抓不到經過放大後的電流信呢?

答╃│•✘:如果訊號的確存在╃▩☁││,但示波器有時能抓到有時抓不到╃▩☁││,這就可能和示波器的設定有關係·◕☁。通常可將示波器觸發模式設定成Normal╃▩☁││,觸發條件設定成邊沿觸發╃▩☁││,並將觸發電平調到適當值╃▩☁││,然後將掃描方式設定成單次方式·◕☁。如果這種方式還不行╃▩☁││,那就可能是儀器出了問題·◕☁。

問題5╃│•✘:如何測量電源紋波▩↟▩•?

答╃│•✘:可以先用示波器將整個波形捕獲╃▩☁││,然後將關心的紋波部分放大來觀察和測量(自動測量或游標測量均可)╃▩☁││,同時還要利用示波器的FFT功能從頻域進行分析·◕☁。

問題6╃│•✘:新型數字示波器怎樣用於微控制器開發▩↟▩•?

答╃│•✘:I2C匯流排訊號一般工作速率不超過400Kbps╃▩☁││,zui近也出現了幾Mbps的晶片╃▩☁││,有的示波器在設定觸發條件時╃▩☁││,無需顧及不同速率的影響╃▩☁││,但對其它匯流排╃▩☁││,如CAN匯流排╃▩☁││,則需要先在示波器上設定CAN匯流排當前的實際工作速率以便示波器能正確理解協議╃▩☁││,並正確觸發·◕☁。若想對Inter-IC匯流排訊號進行進一步的分析╃▩☁││,如協議級分析╃▩☁││,可使用邏輯分析儀╃▩☁││,但相對來說價格比較高·◕☁。

問題7╃│•✘:關於模擬和數字示波器比較的問題╃│•✘:1₪✘、模擬和數字示波器在觀察波形的細部時╃▩☁││,哪個更有優勢(例如在過零點和峰值時╃▩☁││,觀察1%以下寄生波形)▩↟▩•?2₪✘、數字示波器一般提供線上顯示均方根值╃▩☁││,它的精度一般是多少▩↟▩•?

答╃│•✘:1)觀察1%以下寄生波形╃▩☁││,無論是模擬示波器還是數字示波器╃▩☁││,觀察精度都不是很好·◕☁。模擬示波器的垂直精度未必比數字示波器更高╃▩☁││,如某500MHz頻寬的模擬示波器垂直精度是±3%╃▩☁││,這並不比數字示波器(通常精度為1~2%)更具優勢╃▩☁││,而且對細節╃▩☁││,數字示波器的自動測量功能比模擬示波器的人工測量更·◕☁。

2)對於示波器的幅值測量精度╃▩☁││,很多人用A/D位數來衡量·◕☁。實際上╃▩☁││,隨著您所用的示波器頻寬₪✘、實際取樣率設定等╃▩☁││,它會有所變化·◕☁。若頻寬不夠╃▩☁││,本身帶來的幅值測量誤差就很大╃▩☁││,若頻寬夠了╃▩☁││,取樣設定很高╃▩☁││,實際的幅值測量精度也不如取樣率低時候的精度(您有時可參考示波器的使用者手冊╃▩☁││,它可能會給出不同取樣率下╃▩☁││,示波器的A/D實際有效位數)·◕☁。總的來講╃▩☁││,示波器測量幅值╃▩☁││,包括均方根值的精度往往不如萬用表╃▩☁││,同理╃▩☁││,測量頻率它不如頻率計數器·◕☁。

     示波器是利用電子示波管的特性╃▩☁││,將人眼無法直接觀測的交變電訊號轉換成影象╃▩☁││,顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器·◕☁。

    它是觀察數位電路實驗現象₪✘、分析實驗中的問題₪✘、測量實驗結果*的重要儀器·◕☁。示波器由示波管和電源系統₪✘、同步系統₪✘、X軸偏轉系統₪✘、Y軸偏轉系統₪✘、延遲掃描系統₪✘、標準訊號源組成·◕☁。

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