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示波器基礎(chǔ)知識(shí)
閱讀：3262 發(fā)布時(shí)間：2017-3-71． 對(duì)一個(gè)已設(shè)計(jì)完成的產(chǎn)品,，如何用示波器經(jīng)行檢測分析其可靠性？
答：示波器早已成為檢測電子線路zui有效的工具之一,，通過觀察線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓電流波 形可以直觀地檢查線路工作是否正常,，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)。這對(duì)提高可靠性極有幫助,。當(dāng)然 對(duì)波形的正確分析判斷有賴于工程師自身的經(jīng)驗(yàn),。
2． 決定示波器探頭價(jià)格的主要因素是什么？
答：示波器的探頭有非常多的種類,，不同的性能,，比如高壓，差分,，有源高速探頭等等,，價(jià) 格也從幾百人民幣到接近一萬美元。價(jià)格的主要決定因素當(dāng)然是帶寬和功能,。探頭是示波器 接觸電路的部分,，好的探頭可以提供測試需要的保真度,。為做到這一點(diǎn)，即使無源探頭,，內(nèi) 部也必須有非常多的無源器件補(bǔ)償電路(RC 網(wǎng)絡(luò)),。
3． 一般的示波器探頭的使用壽命有多長時(shí)間？探頭需不需要定期的標(biāo)定,？
答：示波器的探頭壽命不好說,，取決于使用環(huán)境和方法。 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于探頭沒有明確的計(jì)量規(guī)定,，但是對(duì)于無源探頭,，至少在更換探頭，探頭交換通 道的時(shí)候,，必須進(jìn)行探頭補(bǔ)償調(diào)整,。所有有源探頭在使用前應(yīng)該有至少 20 分鐘的預(yù)熱，有的有源探頭和電流探頭需要進(jìn)行零點(diǎn)漂移調(diào)整,。
4． 什么是示波器的實(shí)時(shí)采樣率,？
答：實(shí)時(shí)采樣率是指示波器一次采集(一次觸發(fā))采樣間隔的倒數(shù)。據(jù)了解,，目前業(yè)界的zui高 水平是四個(gè)通道同時(shí)使用,。
5． 什么是示波器的等效時(shí)間采樣？
答：等效時(shí)間采樣指的是示波器把多次采集(多次觸發(fā))采集到的波形拼湊成一個(gè)波形,，每次 采樣速率可能很慢,，兩次采集觸發(fā)點(diǎn)有一定的偏移，zui后形成的兩個(gè)點(diǎn)間的zui小采樣間隔的 倒數(shù)稱為等效采樣速率,。其指標(biāo)可以達(dá)到很高,，如1ps。
6． 什么是功率因數(shù),？如何如何測量,？
答：功率因數(shù)：在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率,。但在交流電路里,，電壓乘電流是 視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率,。有功功率與視在功 率之比叫做功率因數(shù),，以 COSΦ表示，其實(shí)zui簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的 相位差,，得出的結(jié)果就是功率因數(shù),。
7． 如何表達(dá)和測試功率密度？
答：功率密度就是單位體積里的功率,，一般電源里用 W/in3,。
8． 有無辦法利用示波器測出高頻變壓器或電感磁芯的工作情況,？
答：有推出的功率測試方案里就有一項(xiàng)功能--B-H 曲線的分析，它能反應(yīng)磁芯的工作 狀態(tài),，還能測出動(dòng)態(tài)電感值,，并得出磁芯損耗。
9． 開關(guān)電源的噪聲有多種如布線不合理引起的交叉干擾,、電感漏磁,、二極管反向尖峰...等 引起噪聲，如何用示波器鑒別,？
答：示波器上有頻域分析,、分析噪聲的頻率段就能分析出噪聲的種類，才 好用相應(yīng)的處理方法,。示波器只能提供數(shù)據(jù)分析和波段形顯示,。
10． 用示波器怎樣可以測試到開頭電源的幅射？
答：開關(guān)電源存在幅射干擾,，一般做法是設(shè)法探出干擾源,，然后再去屏蔽它。用示波器可以 傅立葉變換的功能分析其頻率成份構(gòu)成,，根據(jù)頻率范圍，從而判斷干擾的種類,。
11． 在反激式電源設(shè)計(jì)過程當(dāng)中,，經(jīng)常會(huì)因?yàn)樽儔浩髀└写螅棺儔浩鞯霓D(zhuǎn)換效率降 低,，繞制時(shí)采用初級(jí)中間夾繞次級(jí)的方式仍然不大理想,。變壓器繞制有什么技巧嗎？
答：將大功率的輸出繞組繞在里面,，盡量靠近原邊,，加強(qiáng)偶合。
12． 有沒有能分析開關(guān)損耗的示波器,？
答：電源測試系統(tǒng)數(shù)字熒光示波器加上功率分析軟件就 可以輕松的分析開關(guān)損耗以及每周期的功率損耗甚至包括RDSON,。
13． 示波器能否進(jìn)行傅立葉分解？
答：現(xiàn)代數(shù)字示波器大多具有 FFT 功能,，其中上述系統(tǒng)甚至可以按 EN61000－3－2 標(biāo)準(zhǔn)對(duì) 電流諧波進(jìn)行預(yù)測試,。
14． 示波器能否進(jìn)行濾波處理？如對(duì)PWM 波進(jìn)行低通濾波,？
答：TDS5000 可以進(jìn)行 20MHz,，150MHz 低通濾波，還可以進(jìn)行一種稱之為高分辨率采集 的數(shù)字低通濾波,，在此種模式中采樣點(diǎn)的垂直分辨率可從 8bits 提高到 12bits,，上述系統(tǒng)可 以輸出像比如 PWM 這樣的信號(hào)按照脈寬變化的趨勢(shì)的類似正弦波波形,。
15． 使用數(shù)字示波器時(shí)，對(duì)B 觸發(fā)和觸發(fā)電平的設(shè)置與被測信號(hào)有什么原則,？
答：泰克的示波器支持 A,B trigger 功能,，簡單說就是可以雙事件序列觸發(fā)，當(dāng)選擇 A-B seq 時(shí),，A 事件作為主觸發(fā),，配合 B 事件捕獲復(fù)雜的波形。觸發(fā)方法為 A 事件 arm 觸發(fā)系統(tǒng),， 當(dāng)定義的 B 事件出現(xiàn)時(shí)在 B 事件處觸發(fā),。具體詳細(xì)的觸發(fā)說明，請(qǐng)參考示波器的手冊(cè),。
16． 如何用TDS3052B 測量載波頻率為幾十K,，調(diào)制波頻率為電源頻率的已調(diào)波的zui大值？
答：工頻輸入可能為低頻的 50Hz/60Hz,，同時(shí)載波為幾十 K,，一個(gè)工頻周期為 20ms 左右， 如果示波器需要觀測 20ms信號(hào),，即示波器的 duration 采集窗口至少為 2ms/div ×10 格, 同時(shí)根據(jù)幾十 k 的載波信號(hào),，確定示波器的采樣率。zui后可以估算出需要的采集內(nèi)存長度,， 判斷是否能夠滿足測試要求,。
17． 使用一臺(tái)標(biāo)稱100MHz 的DSO 示波器，測量一個(gè)高頻開關(guān)幅值400V,，f=50M,，示波器如何描繪出它的波形和上升時(shí)間？
答：① 示波器的帶寬是以正弦波幅度衰減－3dB 點(diǎn)為帶寬定義的,。
② 數(shù)字示波器中對(duì)于波形和上升時(shí)間的描繪都是通過實(shí)時(shí)采樣電路和高速 A/D 變換器 獲得波形數(shù)據(jù),，再通過插值運(yùn)算得到的。
③ 在泰克的示波器中,，有實(shí)時(shí)的處理電路完成所謂的正弦內(nèi)插功能,，在信號(hào)采集電路 部分完成。當(dāng)然,，很多示波器也是通過示波器的主處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算完成的,，這個(gè)時(shí)候會(huì) 花比較多的時(shí)間。
④ 對(duì)于您測量的信號(hào),，恐怕使用 100MHz 的示波器是無法進(jìn)行,。50MHz 的方波，理論 上應(yīng)該使用 450MHz 以上的示波器才能將信號(hào)中zui重要的 9 次以下諧波準(zhǔn)確重新,，從而保 證波形不失真,。更何況,，您恐怕還要考慮信號(hào)上升時(shí)間的問題，理論上,，示波器的上升時(shí)間 應(yīng)該比信號(hào)快 5 倍以上,。
⑤ 探頭也一樣，由于普通探頭在測量高壓的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生高頻失真的效應(yīng),，您應(yīng)該采用 特別的差分探頭或者高壓探頭比如,，泰克的 P5205，P5100 進(jìn)行測量,。
18． 如何在模擬電路用好數(shù)字示波器,，比如測音頻放大器的小信號(hào)，電源的雜波等,？
答：要注意的問題有：
① 示波器的接地問題,，示波器的機(jī)殼和探頭的參考地線都是連接地線的，因此良好的 接地是測量干擾的首要條件,。
② 示波器參考地線引入的干擾問題,，由于普通探頭通常都有一段接地線，會(huì)與待測點(diǎn) 構(gòu)成一個(gè)類似環(huán)形天線的干擾路徑,，引入 比較大的干擾,，因此要盡量減少這一干擾，可以采用的方法是將探頭帽拿掉,，不使用探頭上 引出的地線,，而直接使用探頭和 探頭內(nèi)的地點(diǎn)接觸待測點(diǎn)進(jìn)行測量。
③ 使用差分測量的方法,，消除共模噪聲,。泰克提供一系列的差分探頭,，比如專門針對(duì) 小信號(hào)的 ADA400A 可以測量到幾百微伏,，用于高速 信號(hào)測量的 P7350 提供高達(dá) 5GHz 的帶寬。
④ 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集（Hi-Res）的信號(hào)捕獲模式,，可以過濾信 號(hào)上疊加的隨機(jī)噪聲,。
19． 在測量離板信號(hào)線的傳導(dǎo)干擾時(shí)，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)特定頻點(diǎn)（一個(gè)是 659K 另一個(gè)是 1.977K）上由兩個(gè)很大的噪聲信號(hào),。初步分析是由于板上的開關(guān)電源芯片引起的,，如何使用示波器測量這樣的噪聲信號(hào)？
答：示波器可以測試噪聲信號(hào)有幾個(gè)考慮的因素：
① 被測信號(hào)的幅度,，是否為小信號(hào),， 示波器配合探頭可以測試u*的信號(hào)
② 被測信號(hào)的頻率。
③ 探頭的連接方式不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲,，影響測試結(jié)果,。
20． 在用泰克的示波器時(shí),，如何理解Holdoff 這個(gè)參數(shù)？
答：Holdoff（觸發(fā)釋抑）的含義是暫時(shí)將示波器的觸發(fā)電路封閉一段時(shí)間（即釋抑時(shí)間）,， 在這段時(shí)間內(nèi),，即使有滿足觸發(fā)條件的信號(hào)波形點(diǎn)示波器也不會(huì)觸發(fā)。在數(shù)字示波器中也會(huì) 用百分比來表示,，意義是整個(gè)記錄長度或者整個(gè)屏幕的百分比,。
示波器的觸發(fā)部分的作用就是穩(wěn)定的顯示波形，觸發(fā)釋抑也是為了穩(wěn)定顯示波形而設(shè)置的功 能,。主要針對(duì)大周期重復(fù)而在大周期內(nèi)有很多滿足觸發(fā)條件的不重復(fù)的波形點(diǎn)而專門設(shè)置 的,。比如圖中所示，圖中紅色的點(diǎn)都可以滿足觸發(fā)條件,，如果不用釋抑功能,，觸發(fā)點(diǎn)將不固 定，造成顯示不穩(wěn)定,，使用觸發(fā)釋抑后,，每次都在同一個(gè)點(diǎn)觸發(fā)，因此可以穩(wěn)定顯示,。 此外,，對(duì)于調(diào)幅信號(hào)等也一樣要使用觸發(fā)釋抑。
21． 關(guān)于holdoff,，所謂觸發(fā)與非觸發(fā),，示波器對(duì)采集信號(hào)的處理有什么區(qū)別？
答：對(duì)于數(shù)字示波器,，不論是否觸發(fā),，示波器實(shí)際上都是在不斷地采集波形，但是如果只有 穩(wěn)定的觸發(fā)才能有穩(wěn)定的顯示,。也會(huì)出現(xiàn)這種狀況,，示波器觸發(fā)電路的模式出于“自動(dòng)”模 式，即不論是否滿足觸發(fā)條件都進(jìn)行波形顯示,。如果使用“通常”Normal 模式,，不滿足觸 發(fā)條件就不會(huì)顯示波形。
22． 關(guān)于holdoff,，如果在水平時(shí)間分辨率不變的前提下,，是否百分比設(shè)置越大（對(duì)應(yīng) 信號(hào)顯示逐漸穩(wěn)定）那么就意味著信號(hào)的周期越長？
答：是的,，百分比越大,，釋抑時(shí)間越長。
23． 如何使用示波器測量差分信號(hào)？
答：的方法是選用差分探頭,，這時(shí)測到的信號(hào)zui為真實(shí)客觀,；若沒有差分探頭，可使用 兩個(gè)差分探頭接到示波器的兩個(gè)通道上(如 Ch1, Ch2),，然后用數(shù)學(xué)運(yùn)算,，得到 ch1-ch2 的波 形并進(jìn)行分析，這時(shí)盡量保持兩根探頭*一樣,，示波器兩個(gè)通道的 Vertical scale ( 每格多 少伏)設(shè)置一樣,，否則，誤差會(huì)較大,。
24． 怎樣用示波器測量出 USB 總線上的差分信號(hào),？
答：USB 信號(hào)的測試分為 2 種情況： *種是需要進(jìn)行符合 USB 組織定義 USB1.1/2.0 總線的物理層測試規(guī)范，只有通過 USB 一致性測試后方可打上 USB 標(biāo)識(shí),。USB 物理層一致性測試分為很多個(gè)測試項(xiàng)目,主要是考察 USB 信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量如何,，像 Signal Quality Test、 Droop & Drop Test,、 Inrush Current Test,、 HS Specific Tests、Chirp Test ,、Monotonic Test,、 Receiver sensitivity Test、 Impedance Test (TDR) 等等,。 第二種情況是僅觀測 USB 總線上的信號(hào),，可以選擇合適的差分探頭連接到 D+, D-，直接進(jìn) 行 USB 信號(hào)的觀測,。USB2.0 信號(hào)速度比較快,，上升時(shí)間為幾百皮秒，為了保證信號(hào)的包真度測試,，需要選擇大于 2GHz 的示波器和差分探頭進(jìn)行測試,。
25． PCB 板上的高速信號(hào)特征：XAUI 接口3.125GBd 串行差分信號(hào)：60ps，請(qǐng)問需要 多高帶寬的示波器才能測量,？測量誤差可達(dá)多少,？
答：對(duì) XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信號(hào),，聽起來有點(diǎn)象 InfiniBand 信號(hào),，用正弦內(nèi)插的 方式，或類似等效采樣的方式來采集,，但由于本身帶寬和觸發(fā)抖動(dòng)等因素,，在其測量 100ps ~ 130ps 范圍內(nèi)的上升時(shí)間時(shí)，采用 7GHz 差分探頭可保證誤差<3%，對(duì)于< 80ps 的上升時(shí) 間測量,，其誤差會(huì)大于 10%, 雖然這已經(jīng)是實(shí)時(shí)示波器中的方案,，單就上升時(shí)間測量而 言，zui的方案是安捷倫的網(wǎng)絡(luò)分析儀(需配上物理層分析軟件),，因?yàn)槠鋷捒筛哌_(dá) 50GH z,。
26． 對(duì)時(shí)鐘的相位噪聲參數(shù)的要求很高的設(shè)計(jì)，需要考慮哪些關(guān)鍵性的問題來降低相位噪聲,？
答：在 ADC,DAC 的器件中衡量性能有很多項(xiàng)指標(biāo)：象位數(shù),、轉(zhuǎn)換速度、DC 精度,、開關(guān)性 能,、動(dòng)態(tài)性能（SNR, SINAD,IMD）等等。
27． 對(duì)時(shí)鐘的相位噪聲參數(shù)的要求很高的設(shè)計(jì),，怎樣測量相位噪聲,？
答：從示波器的角度來看，可以測試 ADC,DAC 的模擬和數(shù)字信號(hào)的幅度,，時(shí)間,，轉(zhuǎn)換后的 信號(hào)質(zhì)量，轉(zhuǎn)換速度,，時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的建立/保持時(shí)間等參數(shù),，還可以通過 TDS 示波器中的高 級(jí)運(yùn)算功能（頻譜分析功能）來定性測量SNR,SINAD 等參數(shù)。
28． 由于可能需要引入外界的時(shí)鐘,，這樣時(shí)鐘存在2 選1的問題,，此時(shí)用什么方案才能 使相位噪聲的惡化zui小,？
答：首先要分析抖動(dòng)產(chǎn)生的來源,，示波器來分析抖動(dòng)是一個(gè)很好的工具，目前可以使用 TDS5000B/6000B/7000B 系列示 波器配合抖動(dòng)分析軟件進(jìn)行*抖動(dòng)分析,，象確定抖動(dòng)(Dj),， 隨機(jī)抖動(dòng)(Rj)，Rj 和 Dj 的分離,，zui后通過分析造成抖動(dòng)的原因來消除抖動(dòng),。
29． 在示波器上看波形時(shí)，用外觸發(fā)和自觸發(fā)來看有何區(qū)別,？
答：示波器的通常觸發(fā)是邊沿觸發(fā),，其觸發(fā)條件有 2 個(gè)，觸發(fā)電平和觸發(fā)邊沿,；即：信號(hào)的 上升沿（或者下降沿）達(dá)到某一特定電平（觸發(fā)電平）時(shí),，示波器觸發(fā),。 示波器只有在信 號(hào)自觸發(fā)有問題的時(shí)候才會(huì)使用外觸發(fā)，沒有哪一個(gè)更好的問題,。而這種問題通?？赡苁牵?信號(hào)比較復(fù)雜,， 有很多滿足觸發(fā)條件的點(diǎn),，無法每次在同一位置觸發(fā)，從而得到穩(wěn)定的顯 示,。這時(shí)需要使用外觸發(fā),。
30． TDS3032B 的帶寬是 300MHz，采樣頻率為 2.5G/s,，采樣頻率為帶寬的 8 倍,。請(qǐng)問帶寬和采樣頻率之間有什么固定關(guān)系？我們也有一款其它廠家的示波器,，帶寬 100MHz,、 采樣頻率只有 200MHz。為什么兩個(gè)示波器的帶寬采樣頻率比相差這么大,？
答：帶寬是示波器zui重要的指標(biāo),，因?yàn)樵跀?shù)字示波器中有 ADC，它的采樣率理論上需要滿 足 Nyquist 采樣定律,，即被測信號(hào)的zui高頻率信號(hào)的每個(gè)周期理論上至少需要采 2 個(gè)點(diǎn),，否 則會(huì)造成混疊。但是在實(shí)際上還取決于很多其它的因素,，比如波形的重構(gòu)算法等,。泰克示波 器采用先進(jìn)的波形重構(gòu)算法，被測信號(hào)的每個(gè)周期只需要 2.5 個(gè)點(diǎn)就能夠重構(gòu)波形,。也有的 示波器采用線性插值算法,，可能就需要 10 個(gè)點(diǎn)。一般采樣率是帶寬的 4－5 倍就可以比較準(zhǔn)確地再現(xiàn)波形,。泰克的 TDS3000B 系列是“實(shí)時(shí)采樣”示波器,，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號(hào)的能力） ＝重復(fù)帶寬,，您所說的另一種示波器的單次帶寬顯然不到 100MHz,，您可以看一下它的指標(biāo)。
31． 示波器指標(biāo)中的帶寬如何理解,？
答：帶寬是示波器的基本指標(biāo),，和放大器帶寬的定義一樣，是所謂的－3dB 點(diǎn),，即,，在示波 器的輸入加正弦波，幅度衰減為實(shí)際幅度的 70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)稱為帶寬,。也就是說,，使用 100MHz 帶寬的示波器測量 1V，100MHz 的正弦波,，得到的幅度只有 0.707V,。這還只是正 弦波的情形。因此,，我們?cè)谶x擇示波器的時(shí)候,，為達(dá)到一定的測量精度，應(yīng)該選擇信號(hào)zui高 頻率 5 倍的帶寬,。
32． 測量系統(tǒng)的總帶寬如何獲得,？
答：測量系統(tǒng)的總帶寬＝0.35/上升時(shí)間(1GHz 以下示波器)