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1、1数字示波器的基本原理和操作苏水金苏水金苏水金苏水金泰克科技中国泰克科技中国泰克科技中国泰克科技中国( ( ( (有限有限有限有限) ) ) )公司公司公司公司2示波器的概述示波器的概述示波器的概述示波器的概述3数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基础础础础和原理和原理和原理和原理?带宽带宽带宽带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析PROBINGVISIBILITYANALYSISACQU
2、ISITION4数字示波器的基础和原理示波器带宽示波器带宽示波器带宽示波器带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITION5示波器的带宽定义示波器的带宽定义示波器的带宽定义示波器的带宽定义高速采集内存系统处理器探头系统ADCAttenuatorAmplifierDEMUXDSP处理处理处理处理触发系统模拟带宽Nyquist带宽DSP带宽显示6示波
3、器模拟带宽的定义?放大器模拟带宽?示波器最重要的指标?如果需要精确测量信号，必须知道它们的每一个频谱分量的幅度和相位?带宽仅定义了正弦波的幅度衰减TriggerAcquisitionMemorySystemProcessorProbe orTransducerADCAttenuatorAmplifier7示波器的带宽（模拟带宽）0 dB6 div at 50 kHz- 3 dB4.2 div at bandwidthV V0.7070.707V, V, f fBWBW8带宽对测试结果的影响9示波器的带宽对时间测试的影响10Bandwidth & HarmonicsDigital Square
4、WaveOdd Fourier Sums-101050100Fundamental(1stHarmonic)5thHarmonic3rdHarmonicFourierSquareWave(1st-5thH)11?示波器的上升示波器的上升示波器的上升示波器的上升时间时间时间时间（Tr），），），），可定可定可定可定义为义为义为义为示波器前置放大器的示波器前置放大器的示波器前置放大器的示波器前置放大器的阶跃响阶跃响阶跃响阶跃响应时间应时间应时间应时间。这个这个这个这个指指指指标标标标反映的是示波器前置放大器的反映的是示波器前置放大器的反映的是示波器前置放大器的反映的是示波器前置放大器的瞬瞬瞬瞬态响
5、应态响应态响应态响应能力能力能力能力。可可可可评评评评估放大器的相位估放大器的相位估放大器的相位估放大器的相位响应响应响应响应能力能力能力能力。若示波器前置放大器模型是若示波器前置放大器模型是若示波器前置放大器模型是若示波器前置放大器模型是低通低通低通低通滤滤滤滤波器波器波器波器(一一一一阶阶阶阶)模型模型模型模型，则则则则其其其其带宽带宽带宽带宽(BW)可用公式可用公式可用公式可用公式 （0.35/Tr）来来来来计计计计算算算算，也就是也就是也就是也就是说说说说 BW x Tr= 0.35，若示波器放大器模型不是一若示波器放大器模型不是一若示波器放大器模型不是一若示波器放大器模型不是一阶阶阶
6、阶低通低通低通低通滤滤滤滤波器波器波器波器，则则则则tr与与与与BW的的的的乘乘乘乘积会积会积会积会更高更高更高更高，比如比如比如比如0.4、0.45等等等等信号带宽 v.s.上升时间0.9 V0.1 VV V上升上升上升上升时间时间时间时间(tr)BW = 0.35/ tr12?示波器的示波器的示波器的示波器的带宽带宽带宽带宽影影影影响响响响转换时间转换时间转换时间转换时间(Transition-time)的的的的测测测测量量量量值值值值低通低通低通低通滤滤滤滤波器波器波器波器(一一一一阶阶阶阶)的的的的效效效效应应应应 (带宽带宽带宽带宽X上升上升上升上升时间时间时间时间 = 0.35)测
7、测测测量量量量值是值是值是值是系系系系统统统统的合成的合成的合成的合成结结结结果果果果 (示波器示波器示波器示波器带宽带宽带宽带宽需大需大需大需大于于于于输输输输入信入信入信入信号带宽号带宽号带宽号带宽)使用使用使用使用350MHz带宽带宽带宽带宽，即即即即1ns上升上升上升上升时间时间时间时间(0.35/350M)的示波器的示波器的示波器的示波器，测测测测量量量量上升上升上升上升时间为时间为时间为时间为1ns的方波的方波的方波的方波信号信号信号信号 (示波器示波器示波器示波器带宽带宽带宽带宽等于等于等于等于输输输输入信入信入信入信号带宽时号带宽时号带宽时号带宽时)测测测测量量量量值如下值如下
8、值如下值如下 :使用使用使用使用1GHz带宽带宽带宽带宽，即即即即350ps上升上升上升上升时间时间时间时间(0.35/1G)的示波器的示波器的示波器的示波器(示波器示波器示波器示波器带宽带宽带宽带宽大大大大于于于于输输输输入信入信入信入信号带宽号带宽号带宽号带宽3倍倍倍倍)测测测测量量量量值如下值如下值如下值如下 :示波器示波器示波器示波器带宽带宽带宽带宽 v.s. 上升上升上升上升时间时间时间时间( ( ( () ) ) ) ( ( ( () ) ) )22上升上升上升上升时间时间时间时间上升上升上升上升时间时间时间时间上升上升上升上升时间时间时间时间示波器示波器示波器示波器信信信信号号号
9、号信信信信号号号号测测测测量值量值量值量值+ + + += = = =( ( ( () ) ) )( ( ( () ) ) )nsnsns41.11122= = = =+ + + += = = =上升上升上升上升时间时间时间时间测测测测量值量值量值量值( ( ( () ) ) )( ( ( () ) ) )nspsns06.1350122= = = =+ + + += = = =上升上升上升上升时间时间时间时间测测测测量值量值量值量值13What you dont know. .can hurt you!等于信号的上升时间等于信号的上升时间等于信号的上升时间等于信号的上升时间等于等于等于等于信
10、号的上升时间信号的上升时间信号的上升时间信号的上升时间1/2等于等于等于等于信号的上升时间信号的上升时间信号的上升时间信号的上升时间1/3等于等于等于等于信号的上升时间信号的上升时间信号的上升时间信号的上升时间1/5示波器上升时间示波器上升时间示波器上升时间示波器上升时间41%12%5%2%上升时间慢上升时间慢上升时间慢上升时间慢/异常幅度衰异常幅度衰异常幅度衰异常幅度衰减减减减多快才是足够快多快才是足够快多快才是足够快多快才是足够快?14数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基础础础础和原理和原理和原理和原理?带宽带宽带宽带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采
11、样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITION15采样率(Sampling Rate)?采样点等时间间隔分布?采样率以样点数/秒描述(S/s,kS/s,MS/s,GS/s)在特定的时间点采集输入信号的值在特定的时间点采集输入信号的值在特定的时间点采集输入信号的值在特定的时间点采集输入信号的值采样点采样点采样点采样点数字化数字化数字化数字化需要的需要的需要的需要的保持时间保持时间保持时间保持时间采样
12、间隔采样间隔采样间隔采样间隔16实际线实际线实际线实际线路路路路须须须须大于大于大于大于2f采采采采样样样样率率率率(比如比如比如比如2.5f), 方能方能方能方能还还还还原原原原頻率頻率頻率頻率为为为为 f的正弦波的正弦波的正弦波的正弦波采样率的理论17混淆信号 (Aliasing)? 频率为 f的正弦波, 小于2f 采样率采样率影响Aliasing混淆混淆混淆混淆波形波形波形波形原始波形原始波形原始波形原始波形采采采采样点样点样点样点18采样率不足使测量上升时间产生误差。采样率的決定，須使用公式 : BW=0.35/tr90%10%实际实际实际实际上上上上升升升升时间时间时间时间采采采采样
13、样样样率率率率不足不足不足不足时时时时的的的的上升上升上升上升时间时间时间时间采样率19数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基础础础础和原理和原理和原理和原理?带宽带宽带宽带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析?易用性易用性易用性易用性，扩展性扩展性扩展性扩展性PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITION20存储长度?示波器存储数据量的大小?采样率时间存储长度?
14、单次实时连续采集时存储长度非常重要?同时需要高采样率和长内存?例如：DSA72004 在50GS/s时最大支持200M存储长度Trigger高速采集内存SystemProcessorAttenuatorProbe orTransducerADCAmplifier21操作操作操作操作时时时时以以以以记录长度记录长度记录长度记录长度( ( ( (Record Length)Record Length)Record Length)Record Length)来来来来表示表示表示表示?以以以以点点点点( ( ( (Point)Point)Point)Point)为单位来记录波形为单位来记录波形为单位来
15、记录波形为单位来记录波形?示波器儲存示波器儲存示波器儲存示波器儲存采样点数据采样点数据采样点数据采样点数据?记录长度记录长度记录长度记录长度可可可可从从从从1000100010001000点到数点到数点到数点到数200M200M200M200M点点点点?在相同在相同在相同在相同采样率采样率采样率采样率的的的的条件条件条件条件下下下下，记录长度愈长记录长度愈长记录长度愈长记录长度愈长，记录记录记录记录的的的的时间愈长时间愈长时间愈长时间愈长存存存存储长储长储长储长度度度度 (Memory Depth)22抖动分析对高速采集内存的要求?高速串行信号测试和分析Ref_clk, PCI-E,?抖动测试
16、和分析统计方法论样本数是测试关键，采集内存越大，测试结果越准确?SSC on/off 测试需要观测扩频时钟的调制特性（33KHz）?采样率采集时间存储长度 采样率越高越好 采集时间越长越好，采集数据量越大越好23数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基础础础础和原理和原理和原理和原理?带宽带宽带宽带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析PROBINGVISIBILITYANALYSISACQU
17、ISITION24波形捕获率?每秒钟能够采集多少个波形（wfm/s）?示波器的数据处理能力有关（死区时间）?电路调试的关键TriggerAcquisitionMemorySystemProcessorAttenuatorProbe orTransducerADCAmplifier25示波器波形捕获率：每一秒采集多少个波形采集死区时间采集到一个波形漏失波形漏失潜在的故障采集下一个波形26波形捕获率对测试结果的影响波形捕获率对测试结果的影响波形捕获率对测试结果的影响波形捕获率对测试结果的影响Analog Real-TimeDPODigital Storage使用使用使用使用DPO增加你每秒波形采集
18、的数目增加你每秒波形采集的数目增加你每秒波形采集的数目增加你每秒波形采集的数目波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率:毛刺被丢失27数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基础础础础和原理和原理和原理和原理?带宽带宽带宽带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITION28触发触发触发触发最短的时间定位问题最短的时间定位问题最短的时
19、间定位问题最短的时间定位问题29针在哪里？3m左右，2.510100.03m左右30高级触发类型（A事件所包含类型）31ProductivityDPO的效率触发系统?使用顶级的触发技术 在所有触发方式下使用最新一代SiGe技术，性能全面超过业界其它产品?PinpointTM触发系统 业界最完善的触发系统 唯一完善的双触发系统Virtually Unlimited Virtually Unlimited Trigger Trigger CombinationsCombinationsPlus Comm & Serial?广泛使用于泰克中高端示波器的Pinpoint触发系统 九大类触发模式灵敏度可
20、高达9GHz32数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基数字示波器的基础础础础和原理和原理和原理和原理?带宽带宽带宽带宽/ / / /上升时间上升时间上升时间上升时间?采样率采样率采样率采样率?存储长度存储长度存储长度存储长度?波形捕获率波形捕获率波形捕获率波形捕获率?触发触发触发触发?数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析数据测量和分析PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITION33InsightDPO的分析能力自动测量?按照不同的角度，自动测量分为幅度、时间、综合、直方图和通信相关，总共多达53种选项?每种可以独立定义测试范围、参考电平和统计等参数?友好的
21、用户界面，直观的设置?自动测试结果可作为数学运算功能的参数34InsightDPO的分析能力自定义数学表达式?标准配置的数学波形功能，能够绘制随时间变化的各种参数?可以对数学波形再做数学波形或者自动测量?多种运算符号，支持大量常用计算?数学运算自定义单位，方便观测和报告编辑35InsightDPO的分析能力频谱分析?泰克数字荧光示波器，提供业界最全面的频谱分析功能?根据需要，用户可选择基本频谱分析和高级频谱分析可分析幅频特性、相频特性，高级分析功能还可分离频谱的实部和虚部?高级频谱分析可以设置span、centre freq和RBW，还可选择FFT窗口函数36Insight标准测试解决方案TD
22、SJIT3TDSDDM2TDSDVITDSET3TDSOSA2TDSPWR3TDSUSB2TDSRTE SATA I/II37USB2.0USB2.0USB2.0USB2.0 物理层一致性测试物理层一致性测试物理层一致性测试物理层一致性测试CompliancePhysical Layer Testing38Brief Introduction to USB 2.0?USB 2.0是一种串行总线，使用4条线VBUS、D-、D+和接地。D-和D+传送数据。VBUS 为设备供电，从主机或集线器获得主电源?USB2.0 provides the following speed selections?.
23、 ?The USB-IF has instituted a certification and marking programPersuade developers to fully test their USB devices. New USB trademark logo that indicates a device is certified and conforms to all applicable USB 2.0 specifications.USB 2.0装置的设计人员必须恰当地鉴定其设计并检验产品是否符合业界标准。因此，恰当的测试工具对USB-IF兼容性测试极其重要，500 p
24、s480 MbpsHigh Speed4 20 ns12 MbpsFull Speed75 to 300 ns1.5 MbpsLow SpeedRise TimeData Rate39USB2.0 一致性测试4Three categories of Compliance testing0Physical layer (Electrical Test)0Protocol layer0Interoperability testing0USB 2.0 tests0Signal Quality Test0Inrush Current Test0HS Specific Tests0Chirp Test0
25、Receiver sensitivity Test0Impedance Test (TDR)40USB2.0 信号质量测试?USB 2.0 标准设备的数据速率提高了40 倍，同时也给设备制造商带来了各种设计挑战。各种信号质量问题出现在设计人员面前，如板卡布局、抖动、上升时间和下降时间、EMI、噪声和地面反弹。保持信号质量是保证USB 2.0 设备满足标准、获得USB 2.0 认证标志的关键之一。41USB2.0 信号质量测试信号质量测试包括信号质量测试包括信号质量测试包括信号质量测试包括：?眼图测试(Eye-Diagram testing)?信号速率(Signal Rate)?包结尾宽度(En
26、d of Packet Width)?交叉点电压范围(Cross-over voltage range (for LS and FS)?JK抖动(JK jitter) (for LS and FS)?KJ抖动(KJ jitter) (for LS and FS)?连续抖动(Consecutive jitter) (for LS and FS)?单调性测试(Monotonic test (for HS)?上升与下降时间(Rise and Fall times)（slew rate）42测试设备测试设备测试设备测试设备?带宽在2.5 GHz 以上的实时示波器 DPO7254?单端(低速和全速)探头
27、，差分(高速)探头(如分别对应的P6245 和P6248 以及TAP2500 和TAP1500,电流探头TCP0030或TCP202)?USB测试夹具TDSUSBF?TDSUSB2 一致性测试软件43测试环境需求测试环境需求测试环境需求测试环境需求?500 MHz PC with Windows 2000 (English) or XP OS?High-Speed Host Controller?USB-IF furnished Test Mode Software?Good quality USB cables?Good quality USB Hub 1.1 Belkin F5U100 /
28、 F5U1012.0 Belkin F5u221 / IOGer GUH-204 GoldATEN UH-204 Gold?Mouse (any listed on USB-IF mouse)44DUTDUTDUTDUT被测DUT1. HOST2. HUB3. Device45待測件為Device所要测试的信号为Device送出的信号, 信号的方向为上行(Up Stream)测试项目1. Signal QualityHigh speed test 480Mbit/SFull speed test 12Mbit/S2. Inrush Current46Device High-Speed Sign
29、al QualitySwitch47Device High-Speed Signal Quality?測試治具需接上電源 先將 switch 切到 INIT 的位置.?Win 2K (英文版) or XP PC 執行 HSElecticalTestTool 軟體,選擇 Device 然後按 TEST.?進入下一個視窗在Device Command 內選擇Test_packet , 然後按 EXECUTE.?執行 TDSUSB2 軟體,選擇 High Speed 然後將 Signal quality 的六個項目全部點選.Eye diagram, Signal rate, Rise time, F
30、all Time, EOP Width, Monotonic.?按下 Configure 點選 Configure 然後選擇Tier 6, Up-stream, Near End. 點選 Source 選擇所要用的 Input Channel?點選 RUN 的符號 此時可看到波形 但此時的波形是不對的 需將測試治具上的 switch 切到TEST 此時的波形才是正確的?按下 OK 既可完成測試.48Device High-Speed Signal Quality49Device High-Speed Signal Quality50Device High-Speed Signal Qualit
31、y? ? ? ?WaveformEye Diagram? ? ? ?51Device Full-Speed Signal Quality此兩個Connector直接到Hub5的Downstream Port52Device Full-Speed Signal Quality?第一層HUB必需用2.0的HUB. 用到三個Channel?Win 2K (英文版) or XP PC 執行 HSElecticalTestTool 軟體.?選擇Device按Test此時在下一個畫面應可看到至少7個Device.?點選要測試的Device, 在 Device command 選擇 Loop Device
32、Descriptor, Execute.?執行 TDSUSB2 軟體選擇 Full Speed 然後將 Signal quality 的九個項目全部點選.Eye diagram, Signal Rate, Rise time, Fall Time, EOP Width, Paired JK Jitter, Paired KJ Jitter, Consecutive Jitter, Cross Over?按下 Configure 點選 Configure 然後選擇Tier 6, Up-stream, Far End. 點選 Source 選擇所要用的 Input Channel?點選 RUN 的
33、符號 此時可看到 Full-Speed 的波形?按下 OK 既可完成測試?此方法亦可用在測 Low Speed的 Device.CH3 須接在 D ,TDSUSB2 選擇在 Low Speed其餘項目和 Full Speed 都一樣53Device Full-Speed Signal Quality待測件待測件待測件待測件Loop Device Descriptor54Device Full-Speed Signal Quality55Device Full-Speed Signal Quality? ? ? ?WaveformEye Diagram? ? ? ?56Inrush Curren
34、t Test （浪涌电流测试）?由于USB 2.0是一种可以热插拔的技术，因此必须特别注意，以保证设备吸收的电流不会超过指定极限。如果吸收的电流超过指定值，那么可能会妨碍连接到总线上的其它USB 2.0设备的运行。将同时检查自行供电设备和总线供电设备的涌入电流，验证被测设备(DUT)插入集线器端口时不会吸收太多的电流。?在理论上，检查浪涌电流需要计算特定时间周期上的电流积分(以示波器上两个垂直光标位置为界)。USB 2.0规范规定，对5.15 V 的VBUS 值，设备吸收的总电荷应小于等于51.5 uC。?实时示波器(如DPO7254)和电流探头(如TCP0030）软件件可以用来自动设置示波器
35、检查浪涌电流。这一测试软件提供电荷(uC)、电容(uF)的直接读数，自动指明通过或未通过测试57Inrush Current Test58Inrush Current Test?治具 Inrush Port 的 Switch 先切到 DUT OFF.?執行 TDSUSB2 軟體, 點選 Inrush Current.?進入 Configure 點選 Configure 後輸入Vbus 電壓 點選 Source選擇所要用的input Channel.?按下 RUN 的符號?將 Trig Level 往上調到適當的level (一般為一格).?將治具上的 Switch 切到 DUT ON, 此時應可看到波形.?按下 OK 既可完成. ?* 如果Device是Self-Power可能會抓不到波形, 電流太小.59Inrush Current Test60Thank You For Attending!61Question?
