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十问十答 帮你深入了解示波器的使用

2024/3/6 9:43:24发布18次查看
只要是从事电源设计,一定离不开示波器的帮助。示波器能够将肉眼不可见的电信号转化为可见的波纹,并显示出来。但是随着科技的日新月异,电路系统当中的电信号越来越快,并且上升时间也越来越短。这就为示波器的工作造成了困难。为了跟上市场变化,厂家们推陈出新,示波器的功能不断增加。但是对于一些初次接触示波器的人来说,并不能很好的驾驭这些功能丰富的仪器,本篇文章将通过10个问题,帮助大家对示波器进行了解。
问题1:每台示波器都有一个频率范围,比如10m、60m、100m……,目前示波器标称为60mhz,是不是可以理解为它zui大可以测到60mhz?可测4.1943mhz的方波时都测不到,这是什么原因?
答:60mhz带宽示波器,并不意味着可以很好地测量60mhz的信号。根据示波器带宽的定义,若输入峰峰值为1v的60mhz正弦波到60mhz带宽示波器上,在示波器上将看到0.707v的信号(30%幅值测量误差)。如果测试方波,选择示波器的参考标准应是信号上升时间,示波器带宽=0.35/信号上升时间×3,此时的上升时间测量误差为5.4%左右。
示波器的探头带宽也很重要,若使用的示波器探头包括其前端附件构成的系统带宽很低,将会使示波器带宽大大下降。如若使用20mhz带宽的探头,则能实现的zui大带宽是20mhz,如果在探头前端使用连接导线,将会进一步降低探头性能,但对4mhz左右方波不应有太大影响,因为速度不是很快。
另外还要看一下示波器使用手册,有的60mhz示波器在1:1设置下,其实际带宽将锐减到6mhz以下,对于4mhz左右的方波,其三次谐波是12mhz,五次谐波是20mhz,若带宽降到6mhz,对信号幅值衰减很大,即使能看到信号也不是方波,而是幅值被衰减了的正弦波。
当然,测不出信号的原因可能有多种,如探头接触不好(该现象很容易排除),建议用bnc电缆连接一函数发生器,检验该示波器本身有没有问题,探头有没有问题,如有问题,可和厂家直接。
问题2:有些瞬时信号稍纵即失,如何捕捉并使其重现?
答:将示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成normal,触发条件设置成边沿触发,并将触发电平调到适当值,然后将扫描方式设置成单次方式),注意示波器的存储深度将决定采集信号的时间以及能用到的zui大采样速率。
问题3:在pll中周期抖动可以衡量一个设计的好坏,但是要测量却非常困难,有什么方法和技巧吗?
答:在使用示波器时,要注意其本身的抖动相关指标是否满足测试需求,如示波器本身的触发抖动指标等。同时要注意使用不同的探头和探头连接附件时,若不能保证示波器的系统带宽,测量结果也会不准确。另外关于pll设置时间的测量,可使用示波器+usb-gpib适配器+软件选件来完成,也可用较为便宜的调制域分析仪。
问题4:为什么示波器有时候抓不到经过放大后的电流信呢?
答:如果信号的确存在,但示波器有时能抓到有时抓不到,这就可能和示波器的设置有关系。通常可将示波器触发模式设置成normal,触发条件设置成边沿触发,并将触发电平调到适当值,然后将扫描方式设置成单次方式。如果这种方式还不行,那就可能是仪器出了问题。
问题5:如何测量电源纹波?
答:可以先用示波器将整个波形捕获,然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可),同时还要利用示波器的fft功能从频域进行分析。
问题6:新型数字示波器怎样用于单片机开发?
答:i2c总线信号一般工作速率不超过400kbps,zui近也出现了几mbps的芯片,有的示波器在设置触发条件时,无需顾及不同速率的影响,但对其它总线,如can总线,则需要先在示波器上设置can总线当前的实际工作速率以便示波器能正确理解协议,并正确触发。若想对inter-ic总线信号进行进一步的分析,如协议级分析,可使用逻辑分析仪,但相对来说价格比较高。
问题7:关于模拟和数字示波器比较的问题:模拟和数字示波器在观察波形的细部时,哪个更有优势(例如在过零点和峰值时,观察1%以下寄生波形)?数字示波器一般提供在线显示均方根值,它的精度一般是多少?
答:观察1%以下寄生波形,无论是模拟示波器还是数字示波器,观察精度都不是很好。模拟示波器的垂直精度未必比数字示波器更高,如某500mhz带宽的模拟示波器垂直精度是±3%,这并不比数字示波器(通常精度为1~2%)更具优势,而且对细节,数字示波器的自动测量功能比模拟示波器的人工测量更。
对于示波器的幅值测量精度,很多人用a/d位数来衡量。实际上,随着您所用的示波器带宽、实际采样率设置等,它会有所变化。若带宽不够,本身带来的幅值测量误差就很大,若带宽够了,采样设置很高,实际的幅值测量精度也不如采样率低时候的精度(有时可参考示波器的用户手册,它可能会给出不同采样率下,示波器的a/d实际有效位数)。总的来讲,示波器测量幅值,包括均方根值的精度往往不如万用表,同理,测量频率它不如频率计数器。
问题8:毛刺触发指标有什么意义?假如有一个100mhz示波器,测量的方波信号大约是10m左右,而且是占空比1:1左右的方波,设想一下,一个10m的方波,它的正向或负向的脉宽都是50ns,那么在什么样的情况下能真正用到5ns这个性能呢?
答:毛刺/脉宽触发一般有两种典型应用场合,一是同步电路行为。如利用它来同步串行信号,或对于干扰非常严重的应用无法用边沿触发正确同步信号时,脉宽触发就是一个选择。另一种是用来发现信号中的异常现象,如因干扰或竞争引起的窄毛刺,由于该异常是偶发显现,必须用毛刺触发来捕获(也有一种方法是峰值检测方式,但峰值检测方法有可能受其zui大采样率的限制,所以一般是只能看而不能测)。若被测对象的脉冲宽度是50ns,而且该信号没有任何问题,也就是说没有因干扰、竞争等问题引起的信号畸变或变窄,那么用边沿触发就可同步该信号,无需使用毛刺触发。根据不同的应用,未必会使用到5ns这个指标,一般用户将脉宽触发设置为10ns~30ns。
问题9:在选择示波器时,一般考虑zui多的是带宽,那么在什么情况下要对采样速率有所考虑呢?
答:取决于被测对象。在带宽满足的前提下,希望zui小采样间隔(采样率的倒数)能够捕捉到需要的信号细节。业界有些关于采样速率经验公式,但基本上都是针对示波器带宽得出的,实际应用中,不用示波器测相同频率的信号。若在选型时,对正弦波选择示波器带宽应是被测正弦信号频率的3倍以上,采样率是带宽的4到5倍,也即实际上是信号的12到15倍。若是其它波形,要保证采样率足以捕获信号细节。在使用示波器时,可通过以下方法验证采样率是否够用。将波形停下来,放大波形,若发现波形有变化(如某些幅值)就说明采样率不够,否则无碍。另外也可用点显示来分析采样率是否够用。
问题10:如何理解考核波形采样率够不够时,将波形停下来,放大波形,若发现波形有变化(如某些幅值)就说明采样率就不够,否则无碍。也可用点显示来分析采样率是否够用。?
答:曾经做过这么一个实验,当时被测对象是一种看上去很随机且高速变化的信号,用户将触发电平设在-13v左右。波形采集下来后想放大测量细节时,却发现改变示波器时基(sec/div)设置时,信号幅值突然变小,当时将示波器改成点显示,发现好像是点数(存储深度)不够,但在比较点显示和矢量显示后,发现若矢量显示有一定可信性,那么就是当前的两个采样间隔(采样率的倒数)中信号有突变,但未能被采集到(采样间隔不够细,即采样率不够高)。我换了一台同样存储深度但采样率较高的示波器,发现问题消失了。
存储深度也会影响示波器能用到的实际zui大采样率。存储深度太浅可能是个问题,因为存储深度可能限制能实际用到的zui大采样速率,但实质上是采样率不够,丢失了信号细节。存储深度不够深,可能会导致实际采样率不高,这一点跟厂家提供的指标关系不大。
通过这10个问题及答案,希望能让一部分新手对示波器的疑问得到解答,并且帮助他们快速入门。
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