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1、议题安排,示波器的发展历史 示波器的重要参数,示波器的发展史,示波器- 电子工程师的眼睛 示波器的首要条件 准确地显示波形 信号完整性测量,示波器技术演变进程,了解它，信任它,第一代示波器 模拟示波器,模拟示波器的组成,水平系统 垂直系统 扫描系统 触发系统 显示系统,模拟示波器的优点,对实际的信号变化有直接的视觉效果 亮度等级（信息出现的频率） 没有量化误差和信号混迭 非常快的波形获取率 单一的用户界面 在单通道作业模式下性能最好,模拟示波器的不足之处,纯粹的视觉信息 无法进行舜态信号的捕获及储存 闪烁和漏失 带宽性能有限 只有边沿触发 无法观察触发事件之前的信息 对于低重复率信号写速有限,
2、模拟示波器在显示极值时会遇到问题,低重复率快前沿信号 显示昏暗难以读出,中等重复性信号（中等频率），显示清楚但是否漏失什么信息,低重复率信号（低频信号），光迹不连续,由于模拟示波器的技术局限性 。即使示波器触发和信号存在 ，但对某些信号也是无法进 行清晰的显示或无法显示 并丢失信息如：毛刺,低频脉冲群,DRT技术能把信号清楚 显示。,使用模拟示波器，您可能 需要把室内灯光调暗。,低频信号,DRT技术能把整个波 形显示出来,磷的发亮度限制了波形 显示，只能看到光点在 飘动,如何捕获单次信号,对于DRT技术，只要能 触发，就能显示,您能相信您的模拟示波器吗？,射在屏幕上的电子数量决定显示波形的光亮
3、度 您的模拟示波器有可能看不到快速上升的信号,DRT技术能捕获速度高 达的毛刺,数字存储示波器（DSO）的基本结构框图,例：TDS2000系列数字存储示波器,提高水平时间基线的线性度和精确度 通道之间没有时间误差，可进行精确的定时和相位测量 可以长期存储波形，并调出存储波形 可以将波形传送计算机进行存储和进一步的分析，可硬拷贝 可捕获单次信号和非周期信号 通过光标和参数自动测量对多项波形参数进行测量 波形信息可用数学运算方法进行处理和显示 先进的触发方式 可以显示大量的预触发信息,数字存储示波器的优势,数字存储示波器不足之处,有限的波形捕获速率 二维显示不能标明事件发生的频度没有亮度等级（信息
4、出现的分布）,复杂视频信号？,调制信号观察？,三代示波器结构的比较,模拟实时显示,数字串行处理,数字并行处理,第三代示波器 数字荧光示波器,数字荧光示波器 定义:一台能将电信号数字化,并且以三维数据(信号的幅度,时间,以及幅度相对于时间的分布)实时地存储,分析,显示波形的仪器,DPO,Amp,A/D,Display,uP,DPX 波形成像处理器,并行处理,Acqui- sition Rasterizer,Digital Phosphor,Display Memory,波形的捕获的比较,模拟示波器,数字荧光 示波器,数字存储 示波器,数字荧光示波器的优势,比DSO快的波形捕获率 先进的触发能力
5、象模拟示波器一样的实时显示 信息相对于时间的分布，波形亮度(灰度级)的实时显示,各类示波器对波形捕捉和显示的能力,由于采用的技术和原理不同，在波形的保真、显示能力和捕获能力上，各技术类别的示波器之间存在较大差异。,示波器带宽及上升时间,带宽是示波器的首要规格参数,示波器的结构决定了带宽的重要性： 放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。 数字示波器的带宽也是模拟带宽。示波器所谓带宽是指: 垂直放大器的频率响应，定义为：随着频率增加，信号幅度下降3dB（70.7）.在此频点为示波器的带宽,示波器带宽不
6、足导致波形失真,非正弦波是由基波加无数奇次谐波所构成。包含的谐波越多，波形越近似方波。所以方波的质量 根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。,例：100M方波是由3次、5次、7次。合成，3次 谐波频率为300M、5次谐波频率为500M。,幅度衰减,波形失真,正弦波谐波分量,方波谐波分量,带宽不足导致波形幅度衰减和波形失真,注意：示波器对波形幅度和上升时间的影响所带来的测量误差,示波器带宽对测量波形影响,测量20MHz的方波,在20MHz带宽示波器测试所显示的结果,在200MHz带宽示波器测试所显示的结果,示波器所显示的波形,波形重要谐波及上升时间与测量精度的关系,影响波形的谐波数是基波的倍数
7、,带宽与上升时间的关系,示波器T上升0.35/BW（适合于1G以下示波器） 系统上升时间的计算 测量所得的上升时间 信号上升时间2测量系统上升时间2 仪器测量系统上升时间 探头上升时间2测量仪表上升时间2,探头也是仪器，它和示波器共同组成测量系统。这一系统带宽将影响被测信号如正弦波、脉冲和方波的幅度和上升时间的测量精度，如果探头选择不当，你将冒无法预知测量结果的风险。探头和示波器上升时间和带宽的关系由下式决定： 探头、示波器T上升0.35/BW（适合于1G以下示波器） BW=带宽（3dB时的频率）（单位Hz） 测量所得的上升时间 信号上升时间2测量系统上升时间2 仪器测量系统上升时间 探头上升
8、时间2测量仪表上升时间2 探头的上升时间应小于示波器的上升时间 示波器的上升时间应小于被测量信号的上升时间。 例：使用100Mhz探头和100Mhz示波器组成测量系统，测量上升时间为3.5ns的方波信号，系统带宽为多少？测量误差是多少？ 系统上升时间 3.5ns23.5ns2 4.95ns，系统带宽0.35/4.95ns70Mhz 显示信号上升时间 3.5ns24.95ns2 6.08ns，测量误差(6.08-3.5 ) / 3.573 使用100Mhz示波器及不当的100Mhz探头，将导致测量系统带宽性能降低100Mhz以下 示波器带宽是应包含探头和示波器整个测量系统的问题，泰克公司承诺指定
9、示波器的上升时间，是当使用原配探头时是探头尖的上升时间（示波器带宽）。,示波器测量系统带宽,测量系统的带宽将影响脉冲和方波的上升时间，示波器上升时间和带宽的关系由下式决定： 示波器测量系统T上升0.35/BW（适合于1G以下示波器） BW=带宽（单位Hz） （3dB时的频率） 示波器系统的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。 仪器显示的信号上升时间 被信号上升时间2仪表系统上升时间2 例：100Mhz正弦波使用100Mhz的示波器系统进行测量，依据幅频特性可得测量显示的信号与被测信号的误差为30。 例：一个100Mhz方波上升时间为3,5ns的信号，使用100Mhz的示波器系统进行测量，根
10、据上述公式计算显示信号与被测信号的误差为： 100Mhz示波器上升时间350/100Mhz3.5ns 仪器显示的信号上升时间 3.5ns23.5ns2 4.95ns 测量误差（4.95ns3.5ns）/ 3.5ns0.41441 改善和提高测量精度只能提高示波器系统带宽，如选择5倍与信号上升时间的示波器测量误差为：500Mhz示波器系统上升时间为350 / 500Mhz0.7ns 仪器显示的信号上升时间 3.5ns20,7ns2 3.569ns 测量误差（3.569ns3.5ns）/ 3.5ns0.01982 注意：示波器带宽不足引起上升时间慢/异常幅度衰减,示波器系统带宽（上升时间）对信号影
11、响,示波器上升时间对信号上升时间测量精度影响,一般情况下，为了获得正确的振幅测量，示波器的带宽应该比被测量的波形的频率大5倍。为了合理精确地测量波形的上升或下降时间，示波器必须有足够的上升时间。 仪表上升时间：信号上升时间 信号上升时间读值测量误差 之比 1:1 41% 2:1 22% 3:1 12% 4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%,上升时间与测量精度,波形上升时间与测量精度的关系,上升时间在波形1090处测量，上升时间可由： t上升时间0.35 /BW BW：3db带宽(单位为Hz), 0.35：系数 例：波形上升时间为3.5nS,经计算带宽为100M 被测上升
12、时间可由波形上升时间和仪表上升时间计算 被测上升时间 /信号上升时间仪表上升时间 例：信号上升3.5nS,仪表上升3.5nS,测得上升时间为：4.95ns,带宽和上升时间小结,如何选择合适的示波器 从带宽上选择：可以看到信号的5次以上的谐波，最好7-9倍 从上升时间选择：示波器本身的上升时间是被测信号的1/5以下。 一个有用的经验 保证信号的每个边沿采集到5-8个点,数字示波器采样技术,采样,采样是等间隔地进行； 采样率以 “点/秒”来表示。,数字等效采样技术：以较低的A/D对信号采集, 将多次触发采集到资料进行重组，实现对高频重复信号的捕获和显示。,需要经过多次次触发才能采集到信号的所有资料
13、 对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。 等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。 示波器标定带宽重复信号带宽 瞬态（单次）信号带宽(由采样率和内插系数决定),数字实时采样技术：实时采样是最直观的采样方式，采样率超过模拟带宽45倍或更高。,只需一次触发已采集到信号所有资料 对信号的要求：重复信号且可允许信号变化 实时采样技术示波器，不仅适用捕获重复信号、而且是捕捉非重复信号和单次信号的有效技术。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号前提条件。 示波器
14、标定带宽重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽,数字等效采样与实时采样比较,采样间隔,单次采样带宽也就是常说的实时带宽，它是由模拟带宽、采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次波形的完整性 。 波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。一般采用内插系数为5计算数字示波器的单次信号带宽。单次带宽实时采样率/5（内插系数）,对于对数字示波器捕获单次信号事件，虽然示波器放的大器带宽保证了信号输入不失真。但示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单次捕捉所获得的波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最高频率带宽的2倍以上，从而保证信号在恢复时不发生混迭现象和失真的情况发生。,单次采集带宽
15、,放大器,多路 分解器,采集信号 存储器,uP,显示 存储器,A/D,示波器采样率决定：窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力,示波器带宽选定后，采样率决定了示波器的单次带宽。这一带宽决定示波器对毛刺和单脉冲信号的捕获能力和复现能力，也决定了示波器检测重复信号中异常信号和随机毛刺信号的捕获能力。 采样率不足将使信号漏失或畸变，使信号失去高频成份影响信号完整性测量,例：示波器带宽100Mhz采样率1Gs/S,200Ms/S, 100Ms/S,脉冲宽度为5ns（不考虑带宽对波形的影响）,例：示波器带宽100Mhz采样率1Gs/S,200Ms/S, 100Ms/S,阶跃信号实时为5ns（不考虑带宽对波形的影响）,示波器带
