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1、数字示波器的基础和性能保真度实用性分析能力*1TianZheng示波器的四个关键部分保真度实用性分析能力PROBINGACQUISITIONVISIBILITYANALYSIS探测 采集 显示 分析*2TianZheng数字示波器的基础础和性能示波器带宽线性范围波形捕获速度采样率 存储长度和采样方式显示触发数据测量和分析易用性，扩展性PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITIONDate3TianZheng数字示波器的基础和性能示波器带宽线性范围波形捕获速度采样率 存储长度和采样方式显示触发数据测量和分析易用性，扩展性PROBINGVISIBILITYANALYSIS
2、ACQUISITIONDate4TianZheng示波器带宽放大器模拟带宽示波器最重要的指标TriggerAcquisition MemorySystem ProcessorProbe or TransducerADCAttenuatorAmplifierDate5TianZheng示波器的带宽（模拟带宽）带宽 x 上升时间 = 0.35* 100 MHz 带宽 = 3.5 纳秒上升时间0 dB 6 div at 50 kHz- 3 dB 4.2 div at bandwidth对更高带宽仪器,此常数在0.45高范围Date6TianZheng带宽对测试结果的影响Date7TianZheng一
3、非正弦波信号的带宽，可以其上升时间来决定。若此信号通过 一低通滤波器(一阶)，则其带宽(BW)为 0.35/上升时间(tr)，也 就是说 BW x tr = 0.35 ，若此信号通过的为一非一阶的低通滤波 器，则tr与BW的乘积会更高，比如0.4信号带宽 v.s.上升时间0.9 V0.1 VV V上升时间(tr)BW = 0.35/ trDate8TianZheng示波器的带宽影响转换时间(Transition-time)的测量值低通滤波器(一阶)的效应 (带宽X上升时间 = 0.35) 测量值是系统的合成结果 (示波器带宽需大于输入信号带宽)使用350MHz带宽，即1ns上升时间(0.35/
4、350M)的示波器，测量1ns上升时间的方波信号 (示波器带宽等于输入信号带宽时)测量值如下 :使用1GHz带宽，即350ps上升时间(0.35/1G)的示波器(示波器带宽大于输入信号带宽3倍)测量值如下 :示波器带宽 v.s. 上升时间() ()22 上升时间上升时间上升时间示波器信号信号测量值+=()()nsnsns41.11122=+=上升时间测量值()()nspsns06.1350122=+=上升时间测量值Date9TianZheng上升/下降时间 vs. 示波器带宽上升时间(示波器) = 0.35/带宽(示波器) 2 GHz BW Oscilloscope has 200ps Ris
5、etime 4 GHz BW Oscilloscope has 100ps Risetime用 2GHz 带宽示波器测试 100ps 上升时间 RT(measured) = SQRTRT(oscilloscope)2 + RT(Signal)2 RT(measured) = SQRT200ps2 + 100ps2 = 224ps!用 4GHz带宽示波器测试 100ps 上升时间 RT(measured) = SQRTRT(oscilloscope)2 + RT(Signal)2 RT(measured) = SQRT100ps2 + 100ps2 = 140ps!Date10TianZheng
6、What you dont know. .can hurt you!等于信号的上升时间2 倍于信号的上升时间3 倍于信号的上升时间5 倍于信号的上升时间示波器上升时间41% 12% 5% 2%上升时间慢/异常幅度衰 减多快才是足够快?Date11TianZheng关于示波器边沿速度的建议建议示波器的上升时间至少为被测信号上升时间 的35倍用具有 100ps 上升时间的示波器测试一个 300ps 上升时间的信号的失真大为减小举例: Tektronix 100ps TDS7404B, 120ps TDS694CDate12TianZhengDSP带宽 (Bandwidth)示波器的DSP带宽Mag
7、nitudePhaseTime DomainAnalog DSPPhase CorrectionDate13TianZheng示波器的测量中，探头是必备的，所以探头带宽亦会影响测量结 果，其影响公式如下：探头带宽 v.s. 上升时间() () ()222 上升时间上升时间上升时间上升时间探头示波器信号测量值+=Date14TianZheng系统带宽由于带宽和上升时间成倒数关系故其公式如下：由此式也可看出，示波器及探头的带宽越宽，则对测量带宽的影 响越小，也就是说测量带宽越接近信号带宽。2221111 + + = 探头带宽示波器带宽信号带宽测量带宽Date15TianZheng数字示波器的基础和
8、性能示波器带宽线性范围波形捕获速度采样率 存储长度和采样方式显示触发数据测量和分析易用性，扩展性PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITIONDate16TianZheng线性范围(Linear Range)示波器的线性范围可有两种定义： 系统线性范围 : 有时定义为输入灵敏度，比如范围从1mV/每格到10V/每格，在这个范围內，其测量精确度固定，例如 1%。 显示线性范围 : 是指在一个荧屏显示范围內的线性度，也就是从荧屏的最下方到最上方范围內，所有測量值都需有同一精确度。显示线性范围ppp xTDS 784D系统线性范围 (输入灵敏度)Date17TianZhen
9、g数字示波器的基础础和性能示波器带宽线性范围与过驱动恢复波形捕获速度（波形捕获率）采样率 存储长度和采样方式显示触发数据测量和分析易用性，扩展性PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITIONDate18TianZheng波形捕获获率每秒钟钟能够够采集多少个波形（wfm/s）示波器的数据处处理能力有关（死区时间时间）波形捕获获率是电电路调试发现问题调试发现问题的关键键TriggerAcquisition MemorySystem ProcessorAttenuatorProbe or TransducerADCAmplifierDate19TianZheng示波器的发展
10、历程： 第一代示波器：模拟示波器ART4模拟示波器的好处4对实际的信号变化有直接的视觉效果 4亮度等级 (信息出现的频率)4没有量化误差和信号混叠4非常快的波形获取率 4模拟示波器的不足4纯粹的视觉信息4闪烁和遗失4有限的带宽性能 4边沿触发4无法观测触发事件之前的信息4时基精度较低4对于低重复率信号写速有限Date20TianZheng示波器的发展历程： 第二代示波器：数字存储示波器DSO4数字存储示波器的好处4存储波形4捕获罕见的异常事件 4先进的触发功能4显示触发事件之前的信息4去除噪声4具有更精确的时基4彩色显示 4信号处理 (averaging, FFT)4传输/拷贝存储的波形4数字
11、存储示波器的不足4有限的波形捕获速率4没有亮度等级 (信息出现的分布)Date21TianZheng示波器的死区时间（hold-off time）可变迟滞逆程倾斜偏转 电压时间ARTDSO采集可变迟滞Date22TianZheng你无法看到在死区时间内发生了什么波形捕获概率采集 (扫描)时间 +系统显示处理时间=采集(扫描)时间4如果偶发信号出现在死区时间内示波器是捕获不到的4偶发信号被捕获存在一个概率，这个概率取决与偶发信号出现的频 率和示波器的波形捕获率* 信号出现频率Date23TianZheng示波器的发展历程： 第三代示波器：数字荧光示波器（DPO）数字荧光示波器定义：能够以信号的三
12、维信息，即：幅度，时间，以及幅度 随时间的变化，实时地显示，存储与分析复杂信号的新 一代示波器。4具备数字存储示波器的各种信号处理能力4具有与模拟示波器相当的波形捕获率4能够体现信号重现的频率Date24TianZhengDSODPOAmpDeMUXAcqui- sition MemoryuPDisplay MemoryA/DDisplayAmpA/DDisplayuPDPX 并行成像处理器串行处理并行处理ART模拟显示XY Z目前的示波器结构的比较HorizSweepVert AmpDelay LineTriggerDisplay AmpAcqui- sition RasterizerDig
13、ital PhosphorDisplay MemoryDate25TianZheng波形捕获率对测试结果的影响Analog Real-TimeDPODigital Storage传统DSO死区时间: 5-8ms，典型每秒采集100-1,000波形不等DPO死区时间: 400,000 wfms/s) ，而普通 的DSO只有1000/s的波形捕获率。 几秒钟之内准确找出令人头疼的毛刺，而不用花上几小时至几天 ，甚至永远发现不了。很适合对复杂信号进行观察FidelityAnalysisUsabilityDate30TianZheng数字示波器的基础和性能示波器带宽线性范围与过驱动恢复波形捕获速度采样
14、率存储长度和采样方式显示触发数据测量和分析易用性，扩展性PROBINGVISIBILITYANALYSISACQUISITIONDate31TianZheng波形获取过程 仪器进行预触发采集仪器只有当触发事件发生时才进行后触发存储 仪器连续采集，直到采满需要的内存 采集停止Pre AmpDemuxTriggering16128ADCSRAMSystem processor16Date32TianZheng采样将模拟信号的连续轨迹，转为等时间输出的数字资料（ 数据） 数字示波器的主要指标 水平解析度采样技术 实时采样(Real Time) 等效采样(Equivalent Time) 顺序等效采样
15、(Sequential) 随机等效采样(Random)采样率 (Sampling Rate)A/DDate33TianZheng支持3种采样模式4完全实时模式(RT) 0样点都是实际采样的点4内插实时模式(IT)（业界唯一） 0“IT”字符会显示在采样率字符的后面 0样点既包括实际采样的点，也包括内插的点 0支持到100x的内插，点间隔达到500fs4等效时间模式(ET) 0“ET” 字符会显示在采样率字符的后面 0一个波形由多次触发完成，样点之间间隔可达到500fsDate34TianZheng实时采样(RT)后置触发前置触发触发点信号输入示波器，触发后，一次采样完成所要的数据。 可以选择前
16、置及后置触发的长短。 具有相同的采样时间间隔。 基于Nyquist（奈奎斯特）理论，采样率最少要大于输入信号带 宽的2倍。现实中，以泰克的示波器为例，配合SinX/X的內插 (Interpolation)技术，可以2.5倍的采样率，将信号还原。 适用于采集突发或间歇性信号(single shot)。 实时内插模式（IT）Date35TianZheng实时内插采样(IT)触发点信号输入示波器，触发后，一次采样完成所要的数据。 IT”字符会显示在采样率字符的后面 样点既包括实际采样的点，也包括内插的点 支持到100x的内插，点间隔达到500fs后置触发前置触发Date36TianZheng等时采样，利用重复采样技术，经过许多 触发采集循环，来重组一周期性高频波形。i 适用于周期性信号。
