1、了解數(shù)字示波器，了解泰克 2了解數(shù)字示波器 數(shù)字示波器與模擬示波器的區(qū)別 帶寬、采樣率和存儲(chǔ)長(zhǎng)度的正確理解3示波器的組成水平系統(tǒng)垂直系統(tǒng)掃描系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)顯示系統(tǒng)4示波器的典型結(jié)構(gòu)ARTDSODPO放大器放大器水平水平放大器放大器垂直垂直放大器放大器延遲線延遲線觸發(fā)觸發(fā)放大器放大器多路多路分解器分解器采集信號(hào)采集信號(hào)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器uP顯示顯示存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A/D放大器放大器數(shù)字?jǐn)?shù)字熒光器熒光器A/D uP模擬實(shí)時(shí)顯示串行處理并行處理5數(shù)字熒光技術(shù)提高波形捕獲率6放大器的帶寬測(cè)量AC波形的儀表通常有某種最大頻率，超過它，測(cè)量精度就會(huì)下降，這一頻率就是儀表的帶寬，它由儀器的幅頻特性決定。定義：在幅頻特性

2、中，儀表的靈敏度下降3dB，此時(shí)的頻率為儀表的帶寬，也就是儀表的標(biāo)稱帶寬。注：只能測(cè)量注：只能測(cè)量ACAC電壓的儀表，必須對(duì)高頻和低頻帶寬都加考慮。電壓的儀表，必須對(duì)高頻和低頻帶寬都加考慮。100%（0dB）71%（-3dB）儀表的帶寬（儀表的帶寬（BW） 只能測(cè)量低只能測(cè)量低頻交流的儀表在頻交流的儀表在此處也下滑。此處也下滑。幅頻特性曲線幅頻特性曲線7諧波 除除絕對(duì)絕對(duì)的的正弦波正弦波之外，周期波含的一切頻率分量稱諧波。之外，周期波含的一切頻率分量稱諧波。諧波頻率是基波頻的整數(shù)倍。諧波頻率是基波頻的整數(shù)倍。 周期波無論其波形如何都有諧波。周期波無論其波形如何都有諧波。 周期波的頻率為基波頻率

3、。周期波的頻率為基波頻率。方波方波基波為正弦波基波為正弦波8以方波為例方波是由基波與無數(shù)奇次諧波疊加所構(gòu)成，包含的諧波越多，波形越近似方波。 方波的質(zhì)量根據(jù)包含的諧波次數(shù)，其近似程度有所不同。 每個(gè)諧波的幅度必須使波形成為方波所需要的恰當(dāng)值。 此外，諧波之間的相位關(guān)系也必須正確：諧波以不等量延遲，即使諧波幅度正確，方波也會(huì)失真。疊加疊加3次諧波次諧波 疊加疊加5次諧波次諧波基波基波疊加疊加7次諧波次諧波 疊加疊加9次諧波次諧波 方波方波9測(cè)量測(cè)量20MHz的方波的方波在在20MHz帶寬示波器測(cè)帶寬示波器測(cè)試所顯示的結(jié)果試所顯示的結(jié)果在在200MHz帶寬示波器測(cè)帶寬示波器測(cè)試所顯示的結(jié)果試所顯示

4、的結(jié)果示波器所顯示的波形示波器所顯示的波形儀器帶寬對(duì)測(cè)量重復(fù)性波形的影響10帶寬對(duì)方波的影響帶寬如何在時(shí)域影響波形。 信號(hào)進(jìn)入示波器首先是通過放大器，它是一個(gè)低通濾波器。 放大器的帶寬很寬（和基波比較），輸出方波不表現(xiàn)失真。 放大器的帶寬變窄，波形中的某些諧波不能通過，輸出的方波發(fā)生畸變，產(chǎn)生誤差。 放大器帶寬很窄，輸出的幾乎完全不像方波，由于缺少主要的諧波分量，波形呈圓弧狀。輸入輸入低通濾波器低通濾波器高帶寬時(shí)的輸出高帶寬時(shí)的輸出中帶寬時(shí)的輸出中帶寬時(shí)的輸出低帶寬時(shí)的輸出低帶寬時(shí)的輸出輸出輸出11正弦波諧波分量方波諧波分量100%70.7%,-3dbBWBW100%70.7%,-3db從波形

5、諧波組成的角度考慮從波形諧波組成的角度考慮注意：示波器帶寬與被測(cè)信號(hào)頻率一樣時(shí)，會(huì)對(duì)波形幅度和上升時(shí)間產(chǎn)生影注意：示波器帶寬與被測(cè)信號(hào)頻率一樣時(shí)，會(huì)對(duì)波形幅度和上升時(shí)間產(chǎn)生影響，帶來測(cè)量誤差，為了減少測(cè)量誤差只能針對(duì)不同的波形提高延伸示波器響，帶來測(cè)量誤差，為了減少測(cè)量誤差只能針對(duì)不同的波形提高延伸示波器帶寬。其目的是使波形的高頻分量引進(jìn)到示波器。帶寬。其目的是使波形的高頻分量引進(jìn)到示波器。12波形的諧波與測(cè)量精度的關(guān)系 波波 形形 重要諧波數(shù)（基波重要諧波數(shù)（基波10） 正弦波正弦波 無諧波分量無諧波分量 方方 波波 1:9 三角波三角波 1:3脈沖波（占空比脈沖波（占空比50） 1:9脈沖

6、波（占空比脈沖波（占空比25） 1:14脈沖波（占空比脈沖波（占空比10） 1:26注：列出的影響波形的諧波數(shù)是基波的倍數(shù)：注：列出的影響波形的諧波數(shù)是基波的倍數(shù)：139010上升時(shí)間測(cè)量上升時(shí)間測(cè)量*上升時(shí)間 理想的方波和脈沖波的電壓是有突然變化的波形，陡變有理想的方波和脈沖波的電壓是有突然變化的波形，陡變有一定時(shí)間這取決于系統(tǒng)帶寬及其他電路參數(shù)。一定時(shí)間這取決于系統(tǒng)帶寬及其他電路參數(shù)。 波形從一種電壓變至另一種電壓的時(shí)間稱為上升時(shí)間波形從一種電壓變至另一種電壓的時(shí)間稱為上升時(shí)間上升時(shí)間通常在過渡的上升時(shí)間通常在過渡的10至至90處處14探頭也是儀器，它和示波器共同組成測(cè)量系統(tǒng)。這一系統(tǒng)帶寬

7、將影響被測(cè)信號(hào)如正弦波、脈沖和方波的幅度和上升時(shí)間的測(cè)量精度，如果探頭選擇不當(dāng)，你將無法預(yù)知測(cè)量結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。探頭和示波器上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系由下式?jīng)Q定：探頭、示波器T上升0.35/BW（適合于1G以下示波器）BW=帶寬（3dB時(shí)的頻率）（單位Hz）儀器測(cè)量系統(tǒng)上升時(shí)間 探頭上升時(shí)間2測(cè)量?jī)x表上升時(shí)間2測(cè)量?jī)x表的帶寬將影響脈沖和方波的上升時(shí)間，上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系由下式?jīng)Q定： 測(cè)量所得的上升時(shí)間 信號(hào)上升時(shí)間2測(cè)量系統(tǒng)上升時(shí)間2探頭的上升時(shí)間應(yīng)快于示波器的上升時(shí)間（泰克非常精細(xì)的匹配示波器的系統(tǒng)帶寬）儀表的上升時(shí)間應(yīng)小于被測(cè)量信號(hào)波形的上升時(shí)間。波形從最小值過渡到最大值越快，所含諧波就越多，波形

8、所含的頻率量也越高。上升延同帶寬的關(guān)系15例：使用100Mhz探頭和100Mhz示波器組成測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量上升時(shí)間為3.5ns的方波信號(hào)，系統(tǒng)帶寬為多少？測(cè)量誤差是多少？ 系統(tǒng)上升時(shí)間 3.5ns23.5ns2 4.95ns， 系統(tǒng)帶寬0.35/4.95ns70Mhz 顯示信號(hào)上升時(shí)間 3.5ns24.95ns2 6.08ns， 測(cè)量誤差(6.08-3.5 ) / 3.573使用100Mhz示波器及不當(dāng)?shù)?00Mhz探頭，將導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)帶寬性能降低100Mhz以下示波器帶寬是應(yīng)包含探頭和示波器整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的問題，泰克公司承諾指定示波器的帶寬（上升時(shí)間），是當(dāng)使用原配探頭時(shí)，是探頭尖的示波器帶寬上

9、升時(shí)間（上升時(shí)間）。示波器測(cè)量系統(tǒng)帶寬16例：100Mhz正弦波使用100Mhz的示波器系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，依據(jù)幅頻特性可得測(cè)量顯示的信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的誤差為30。例：一個(gè)帶寬為100Mhz的方波上升時(shí)間為3,5ns的信號(hào)，使用100Mhz的示波器系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)上述公式計(jì)算顯示信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的誤差為： 100Mhz示波器上升時(shí)間0.35/100Mhz3.5ns 儀器顯示的信號(hào)上升時(shí)間 3.5ns23.5ns2 4.95ns 測(cè)量誤差（4.95ns3.5ns）/ 3.5ns0.41441改善和提高測(cè)量精度只能提高示波器系統(tǒng)帶寬，如選擇比信號(hào)上升時(shí)間高5倍的示波器,測(cè)量誤差為：500Mhz示波器系統(tǒng)上

10、升時(shí)間為0.35 / 500Mhz0.7ns 儀器顯示的信號(hào)上升時(shí)間 3.5ns20.7ns2 3.569ns 測(cè)量誤差（3.569ns3.5ns）/ 3.5ns0.01982（選擇示波器的5倍法則）注意：示波器系統(tǒng)帶寬不足引起上升時(shí)間慢和異常幅度衰減示波器系統(tǒng)帶寬（上升時(shí)間）對(duì)信號(hào)影響17波形上升時(shí)間與測(cè)量精度的關(guān)系1:1 41%2:1 22% 3:1 12%4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%信號(hào)上升時(shí)間儀表上升時(shí)間之比信號(hào)上升時(shí)間儀表上升時(shí)間之比 上升時(shí)間測(cè)量精度上升時(shí)間測(cè)量精度18采樣原理及應(yīng)用19采樣采樣點(diǎn)采樣點(diǎn)數(shù)字化需要的數(shù)字化需要的保持時(shí)間保持時(shí)間采樣間隔

11、采樣間隔 采樣是等間隔地進(jìn)行；采樣是等間隔地進(jìn)行；采樣率以采樣率以 “點(diǎn)點(diǎn)/秒秒”來表示。來表示。實(shí)時(shí)采樣、隨機(jī)等效采樣、順序等效采樣方式實(shí)時(shí)采樣、隨機(jī)等效采樣、順序等效采樣方式20采樣時(shí)發(fā)生了什么？采樣時(shí)發(fā)生了什么？采樣過程信號(hào)信號(hào)采樣采樣數(shù)字化數(shù)字化存儲(chǔ)存儲(chǔ)采樣保持采樣保持轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)順序存儲(chǔ)順序存儲(chǔ)屏幕顯示選定屏幕顯示選定部分的內(nèi)存部分的內(nèi)存屏屏幕幕1 0 1 1 1 0 0 11 1 1 1 0 1 0 1.1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 21采樣過程模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)經(jīng)變換后最終恢復(fù)成模擬波形顯示在示波器上，通俗地說，采樣實(shí)際上是在用點(diǎn)

12、來描繪進(jìn)入示波器的模擬信號(hào)?！八绤^(qū)”指的是儀表不捕獲信號(hào)的時(shí)間，如：數(shù)字化過程、數(shù)據(jù)處理過程，模擬示波器的回掃過程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，還可以進(jìn)行預(yù)觸發(fā)，后觸發(fā)的觀察與分析。22輸入重復(fù)信號(hào)輸入重復(fù)信號(hào)第一次采集第二次采集第三次采集。數(shù)字實(shí)時(shí)采樣技術(shù)：實(shí)時(shí)采樣是最直觀的采樣方式，采樣率超過模擬帶寬45倍或更高。只需一次觸發(fā)已采集到信號(hào)所有資料對(duì)信號(hào)的要求：重復(fù)信號(hào)且可允許信號(hào)變化實(shí)時(shí)采樣技術(shù)示波器，不僅適用捕獲重復(fù)信號(hào)、而且是捕捉非重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的有效技術(shù)。以及是捕獲隱藏在重復(fù)信號(hào)中的毛刺和異常信號(hào)前提條件。示波器標(biāo)定帶寬重復(fù)信號(hào)帶寬瞬態(tài)（單次）信號(hào)帶寬23第一次觸發(fā)采集第二次觸發(fā)采集第三次

13、觸發(fā)采集第四次觸發(fā)采集輸入重復(fù)信號(hào)輸入重復(fù)信號(hào)隨機(jī)數(shù)字等效采樣技術(shù)：以較低的A/D對(duì)信號(hào)采集, 將多次觸發(fā)采集到的資料進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)重復(fù)信號(hào)的捕獲和顯示。需要經(jīng)過多次觸發(fā)才能采集到信號(hào)的所有資料對(duì)信號(hào)的要求：信號(hào)必須重復(fù)并且穩(wěn)定，如信號(hào)變化（如幅度）將造成顯示混亂。等效技術(shù)示波器，只適用捕獲重復(fù)穩(wěn)定信號(hào)，對(duì)捕獲非重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的能力。以及是捕獲隱藏在重復(fù)信號(hào)中的毛刺和異常信號(hào)的能力。將受到實(shí)時(shí)采樣率的限制。示波器標(biāo)定帶寬重復(fù)信號(hào)帶寬 瞬態(tài)（單次）信號(hào)帶寬。24示波器采樣率決定：窄脈沖和毛刺信號(hào)精確捕獲和復(fù)現(xiàn)能力只有信號(hào)速度在單次帶寬的范圍內(nèi)，對(duì)捕獲信號(hào)才能精確復(fù)現(xiàn)例：示波器帶寬例：示波器

14、帶寬100Mhz100Mhz 采樣率采樣率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S, （不考慮帶寬對(duì)波形的影響）（不考慮帶寬對(duì)波形的影響）25示波器采樣率決定：?jiǎn)未问录盘?hào)沿的精確捕獲和復(fù)現(xiàn)能力只有信號(hào)速度在單次帶寬的范圍內(nèi)，對(duì)捕獲信號(hào)才能精確復(fù)現(xiàn)例：示波器帶寬例：示波器帶寬100Mhz100Mhz 采樣率采樣率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S, （不考慮帶寬對(duì)波形的影響）（不考慮帶寬對(duì)波形的影響）26示波器采樣率決定：脈沖序列精確復(fù)現(xiàn)能力，只有信號(hào)速度在單次帶寬的范圍內(nèi)，對(duì)捕獲信號(hào)才能精確復(fù)現(xiàn)

15、1Gs/S1Gs/S單次帶寬為單次帶寬為100Mhz100Mhz100100MhzMhz6060MhzMhz8080MhzMhz4040MhzMhz2020MhzMhz200Ms/S200Ms/S單次帶寬為單次帶寬為40Mhz40Mhz100Ms/S100Ms/S單次帶寬為單次帶寬為20Mhz20Mhz27記錄長(zhǎng)度與單次帶寬取樣速率應(yīng)該至少是測(cè)得的模擬信號(hào)帶寬的5倍一般在一個(gè)邊沿上需要 5 - 8個(gè)樣點(diǎn); 例如10 ns轉(zhuǎn)換至少要求 500 MS/s的取樣速率單次采集的記錄時(shí)間與記錄長(zhǎng)度直接成正比記錄時(shí)間記錄時(shí)間 (秒秒) = 取樣速率取樣速率 (樣點(diǎn)樣點(diǎn)/秒秒)記錄長(zhǎng)度記錄長(zhǎng)度 (樣點(diǎn)數(shù)量樣

16、點(diǎn)數(shù)量)28欠幅脈沖捕捉欠幅脈沖捕捉毛刺捕捉毛刺捕捉 實(shí)際工作中，比如：沖擊電流、破壞性試驗(yàn)的捕捉和測(cè)量，對(duì)欠幅脈實(shí)際工作中，比如：沖擊電流、破壞性試驗(yàn)的捕捉和測(cè)量，對(duì)欠幅脈沖、單脈沖、毛刺、電源中斷、電壓擊穿、開關(guān)特性等等瞬態(tài)信號(hào)和非重沖、單脈沖、毛刺、電源中斷、電壓擊穿、開關(guān)特性等等瞬態(tài)信號(hào)和非重復(fù)信號(hào)進(jìn)行捕捉和分析，這些都是每天都要面對(duì)的。復(fù)信號(hào)進(jìn)行捕捉和分析，這些都是每天都要面對(duì)的。 （穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的分析）（穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的分析）單次信號(hào)的捕獲應(yīng)用廣泛29采樣率不足或帶寬不夠?qū)未涡盘?hào)捕獲的影響不同的帶寬在捕獲單次信號(hào)時(shí)會(huì)有一定的差別全帶寬模式下的單次全帶寬模式下的單次捕獲捕獲20M帶寬模式

17、下的帶寬模式下的單次捕獲單次捕獲30示波器的帶寬對(duì)單次信號(hào)捕獲的影響（二）捕獲不同，測(cè)量結(jié)果也有很大的差距全帶寬模式下全帶寬模式下的參數(shù)測(cè)量結(jié)的參數(shù)測(cè)量結(jié)果果20M帶寬模式下的帶寬模式下的參數(shù)測(cè)量結(jié)果參數(shù)測(cè)量結(jié)果31總結(jié)：采樣率的選擇我們?cè)诖_定示波器的帶寬后，還要選擇足夠的采樣率來與之相配合，這樣才能獲得適合于實(shí)際測(cè)量中的實(shí)時(shí)帶寬，從而獲得滿意的測(cè)量結(jié)果。示波器采樣率不足，將會(huì)使信號(hào)失去高頻成份，影響對(duì)信號(hào)的完整性測(cè)量。如：使信號(hào)上升和下降時(shí)間變慢，或造成波形漏失。如果在實(shí)際的測(cè)量中，比較重視單次信號(hào)的精確信息，我們建議采樣率要在帶寬的五倍以上，最好能在八到十倍。32記錄長(zhǎng)度（存儲(chǔ)長(zhǎng)度）定義：

18、一個(gè)波形記錄是指可被示波器一次性采集的波形點(diǎn)數(shù)。最大的記錄長(zhǎng)度由示波器的存儲(chǔ)容量決定，要增加存儲(chǔ)容量才能增加記錄長(zhǎng)度。記錄長(zhǎng)度和觀看波形細(xì)節(jié)有關(guān)：33波形的存儲(chǔ)示波器的存儲(chǔ)由兩個(gè)方面來完成： 觸發(fā)信號(hào)和延時(shí)的設(shè)定確定了示波器存儲(chǔ)的起點(diǎn)； 示波器的存儲(chǔ)深度決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的終點(diǎn)。記錄時(shí)間記錄長(zhǎng)度 / 采樣率觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)延時(shí)時(shí)間延時(shí)時(shí)間記憶長(zhǎng)度記憶長(zhǎng)度起點(diǎn)起點(diǎn)終點(diǎn)終點(diǎn)34記錄長(zhǎng)度的計(jì)算記錄時(shí)間存儲(chǔ)長(zhǎng)度 / 采樣率舉例：TDS3012B，記錄長(zhǎng)度10K約為10000點(diǎn)時(shí)基與采樣率的關(guān)系35示波器采樣率與存儲(chǔ)長(zhǎng)度的關(guān)系示波器最高采樣率決定示波器單次帶寬的限制，為保證波形精確復(fù)現(xiàn)建議：正弦內(nèi)插技術(shù)示波器以

19、:采樣率/ 5單次帶寬的公式計(jì)算單次帶寬，線性內(nèi)插技術(shù)示波器以:采樣率/10單次帶寬公式計(jì)算。采樣率不足將限制示波器單次帶寬。如果示波器在全帶寬范圍內(nèi)，對(duì)單次信號(hào)實(shí)現(xiàn)捕獲和精確復(fù)現(xiàn)。只有采樣率高于示波器帶寬5倍以上（正弦內(nèi)插），才能使示波器的重復(fù)信號(hào)帶寬單次信號(hào)帶寬。示波器存儲(chǔ)長(zhǎng)度對(duì)波形的記錄是以波形精確捕獲為前提。 當(dāng)信號(hào)頻率或速度超過單次帶寬的限制（信號(hào)不能重組），即使示波器帶寬對(duì)信號(hào)不產(chǎn)生影響，但由于采樣不足將造成顯示信號(hào)的混疊、畸變和漏失。就是示波器有再長(zhǎng)的存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的波形也是畸變的失真波形。 當(dāng)單次信號(hào)中的高頻成份，低于示波器的單次帶寬，才能保證信號(hào)的高頻細(xì)節(jié)。此時(shí)存儲(chǔ)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，波形記錄時(shí)間越長(zhǎng)。存儲(chǔ)深度短，將丟失波形部分時(shí)間的信息。36被測(cè)信號(hào)時(shí)間被測(cè)信號(hào)時(shí)間T T被測(cè)信號(hào)時(shí)間被測(cè)信號(hào)時(shí)間T T被測(cè)信號(hào)時(shí)間被測(cè)信號(hào)時(shí)間T T采樣率、單次帶寬與存儲(chǔ)深度對(duì)波形限制示波器存儲(chǔ)深度和存儲(chǔ)時(shí)間示波器存儲(chǔ)深度和存儲(chǔ)時(shí)間 示波器存儲(chǔ)深度和存儲(chǔ)時(shí)間