示波器基础与原理-世强电讯公司.pdf
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1、数字示波器基础工.0 1UJ-UJL.,pt f./剌0 山S iProfessional Agilent Instrument Distributor目录兴 数字示波器用途LU-必数字示波器的工作原理宁 数字示波器的主要指标及功能S 数字示波器的探头2Professional Agilent Instrument Distributor数字示波器用途数字示波器-在时域上捕获、波的常规类型:,-正弦波-方波和矩形波温-三角波和锯齿波夏-阶跃波和脉冲波了-噪声波视-调制波形从频域看,任何波形都 可以分解成多个正弦波 的叠加周期信号和非周期信号观察、测量和分析波形的工具r 1 v/ivooiv/i
2、icii y-kgjiiviit xnouiuiiiviiL j _iotributor3数字示波器工作原理简图号(口 输 区即摩剌E Jowl山口 2丫。山S4Professional Agilent Instrument Distributor数字示波器基本工作原理 区即摩剌数字示波器-在时域上捕获、观察、测量和分析波形的工具采集捕获-放大器放大和调整输入的模拟信号达到模/数变换器所需电平,-模/数变换器将模拟信号转换为数字信号,-存储器将转换后的数字信号进行存储,-触发电路触发和同步满足触发条件的信号,显示-存储后的信号经过运算和处理形成显示的波形测量和分析-对显示的波形进行参数测量和波
3、形运算分析存档-对波形及测量结果进行存储和打印5Professional Agilent Instrument Distributor示波器的典型结构通道1大器输入单元放大器 单元采集&存储单元UP.MT 数据 处理显示单元山底地0 1.UJ 风耦和:他耦和 辐频抑制t 低频抑制 噪声抑制.i触发单元取样时钟输入阻抗:50欧,1M欧6Professional Agilent Instrument Distributor数字示波器主要指标和性能捕获(示波器5个重要指标)观察 区即摩剌-带宽-米样率-存储长度-波形更新率-触发功能-显示分辨率-辉度等级测量和分析-参数测量一波形运算存档-可扩展性7
4、Professional Agilent Instrument Distributor7000系列示波器型号和主要指标工.0 1UJ-UJL.,pt f 一剌0 山S型 号带宽采样率存储器通道数DSO7012B100 MHz2Gsa/sMegaZoom III 深存储器8 Mpts存储器2ch7014B4ch703 2B350 MHz2ch703 4B4ch7052B500 MHz4Gsa/s2ch7054B4ch7102B1GHz2ch7104B4chMSO7012B100 MHz2Gsa/s2+16ch7014B4+16ch703 2B3 50 MHz2+16ch703 4B4+16ch7
5、052B500 MHz4Gsa/s2+16ch7054B4+16ch7104B1GHz4+16ch波形捕获率:万次/每秒Professional Agilent Instrument Distributor85000系列示波器型号和主要指标波形捕获率:10万次/每秒型号带宽 采样率 存储深度DSO5012A100MHz 2GSa/s IM,选件8MDSO5014A100MHz 2GSa/s IM,选件8MDSO5032A3 00MHz 2G 1 IM,选件8M DSO5034A300MHz 2GH IM,选件8MDSO5052A500MHz 4GSa/s IM,选件8MDSO5054A三三寺0
6、0必。4|3腼糊Sa/s;,二选件 8M 二9Professional Agilent Instrument Distributor示波器带宽示波器模拟带宽是指放大器所能通过信号的频率范围UJ辰 4印0 LLIS5100%0dB)0.uj-定义:测量等幅扫频信号时 幅频特性下降-3dB时的频率 范围。Gain(dB)=20 log带宽不够将丢失高频成分及幅度衰减刖端 放大器10Professional Agilent Instrument Distributor上升时间上升时间通常定义从幅度的10%跃升至90%处所对应的时间,区即摩剌上升时间测量11Professional Agilent I
7、nstrument Distributor带宽与上升时间的关系示波器带宽将影响测量信号的上升时间精确度仪器上升时间:t仪器上升时间二0.35/带宽测量上升时间:t测量上升时间4t信号上升时间2+t仪器上升时间212Professional Agilent Instrument Distributor示波器带宽vs上升时间测量精确度测量信号的上升时间,示波器带宽将影响测量结果待测信号tr/示波器tr一上升时间测量误差1:141.4%3:15.4%5:12.0%10:10.5%如需精确测量:示波器带宽 最高信号频率的3-5倍!13“基Professional Agilent Instrument
8、Distributor不同带宽示波器观察50MHz方波的结果3,区即做剌500MHz示波器60MHz示波器100MHz示波器350MHz 示波器14Professional Agilent Instrument Distributor示波器的带宽对信号测试的影响使上升时间变缓、使幅度衰减 而宽不足够精确的复现波形观察到失真的波形足够的带宽才能覆盖更高频率的谐波成分!15Professional Agilent Instrument Distributor带宽越大越好吗?示波器底噪与带宽相关,带宽越大,噪声电平越高!BandwidthAutomatic ManualpO.OGHz 第Reduce
9、d BandwidthFile Cont rol Set up Meesure Anelyze Uiilrt ies Help Fundament al Freq-3rd Harmonics(72GHr。-45dB)6GHz Reduced BW-St t i Hormonics|(7 2GH?-lOOdB)in1 15PM3,J Hermonc(7?GH?(7 2GHr -6Od0)10GHz Reduced BW80000B示波器的降噪选件Analyze Uit lit ies Help 1 18PMg 卢 卢6GHz bandwidt h ct=278uV/p-p=2.8mV1610GH
10、z bandwidt h ct=365uV/p-p=3.6mV13GHz bandwidt h ct=406uV/p-p=4.3mVProfessional Agilent Instrument Distributor带宽V.s.垂直刻度VS,底噪声示波器的放大器衰减器在不同垂直刻度下带宽未必一样工-=5mV/div(用10:1探头则是=50mV/div),全带宽1-2mV/div(用10:1探头则是=20mV/div),带宽下降耳-ImV/div(用10:1探头则是=10mV/div),带宽最低色.带宽V.S.底噪声.2:-带宽越高,底噪声越大U-示波器大都有20MHz/25MHz带宽限制设
11、置-探头增加底噪声 1:1探头 10:1探头 100:1,1000:1 高压探头17Professional Agilent Instrument Distributor实际产品举例:TDS5000&TDS7000 区即摩剌TDS5000 Series User ManualAnalog bandwidthDC 50 Q coupling,bandwidth limit set to Full,operating ambient 30 C,derated by 2.5 MHzC above 30 C(JDS5052/TDS505T)SCALE rangeBandwidthTDS51041 mV
12、/div to 1.99 mV/divDC to 175 MHz)2 mV/div to 4.98 mV/divDC to 300 MHz5 mV/div to 1 V/divDC to 500 MHzSCALE rangeBandwidth_1 mV/div to 1.99 mV/divDCto175MH?)2 mV/div to 1 V/divDC to 1 GHzAnalog bandwidth limit,typicalSelectable between 20 MHz,150 MHz,or FullLower freq uency limit,AC coupled 10 Hz for
13、 1 MQ,reduced by a factor of ten when using a 10X probe;耐奎斯特频率(FN)工剌0 LUS(BW x 8)Main/Delayed MenuMainRise 1):820PsDelayed290 Aut o J Q 22562908/Aut o J fl 225Grise uuupsSample Rat e-4.00CSa/sDeldyedRull4GSa/sVernier|-Time Ref Cent”Main/Delayed Menu 500MHz带宽示波器被测信号:50MHz时钟,具有500Ps上升时间来 Professional
14、Agilent Instrument Distributor24采样过程采样时发生了什么?对应电压值:如L5V采样保持转换成为数据顺序存储显示选定 部分的内存屏幕 显示25Professional Agilent Instrument Distributor存储长度 区即摩剌示波器对数字化波形的最大存储能力存储长度=采样率X采集时间深存储的优点-长存储可保证在同等时间下,以更高采样率采集波形-长存储可保证在同等采样率下,采集更长时间的波形26Professional Agilent Instrument Distributor采样率与存储深度和时基的关系存储深度=采样率X采集时间q.(采集时间
15、=扫描时间/div x 10)uj:LU区即5:举例:测试6MHz的电视视频信号、全帧20ms的时间,uj 需要采样率50 MSa/sS需要存储深度=50 MSa/s x 20ms=1M Points(此时扫描时基为2ms/div,扫描时间为20ms)27Professional Agilent Instrument Distributor当时间挡位超过某范围米样率会开始下降2-dEPS10GSa/s1 GSa/sImpact of Memory on Sample Rat eInflection occurs at Inflection occurs at Inflection occurs
16、 at10 ns/div 200 ns/div 20 Jj s/div10 MSa/s1 MSa/s100 kSa/s101 kSa/s1 10 100 1|j 10|j 100p 1 10 100 1 s/divns/div n s/div n s/div s/div s/div s/div ms/div ms/div ms/divTime Base DSO5054A:4 GSa/s,1M memory in half一 DSO5054A:2 GSa/s,500k memory in full chTDS3000B:5 GSa/s,10k memory/Horizontal in Norma
17、lTDS3000B:5 GSa/s,500 memory/Horizontal in Fast Trig28Professional Agilent Instrument Distributor需要长存储的测试A雷达A无线通信工 因果调试o A发现随机或罕见的错误LU:白数据采集5:高频与低频混合系统0 视频信号SAgilent 7000系列:8M=4GSa/s X 2msAgilent 5000系列:1M=4GSa/s X 250us29“基Professional Agilent Instrument Distributor深存储确保长时间、高采样率捕捉窄毛刺存储长度=采样率X采集时间(修
18、改)窄 区即摩剌E Jowl山口 2丫。山S30Professional Agilent Instrument Distributor波形的连续存储示波器的存储由两个方面来完成:-触发信号和延时设定确定了示波器存储的起点;-示波器的存储深度决定了数据存储的终点。起点 触发点 延时时间 存储长度 终点31Professional Agilent Instrument Distributor分段存储工能更有效使用示波器的内存:,可以捕捉多个连续的波形段,可以选择在没有信号时不采集,每个波形段都有精确的时间标签捕获窄的、重复周期长的信号(如激光脉冲,雷达,串行脉冲组),米”Professional
19、Agilent Instrument Distributor32波形更新率 区即摩剌单位时间内示波器波形捕获和更新的速率快速波形更新率意味着两次采集期间的死区时间更短。快速波形更新率更容易发现罕见的问题。死区时间:示波器不能捕获信号的时间,如:数字化过程、数据处理过程。33Professional Agilent Instrument Distributor波形更新率是发现问题的关键慢的更新率捕获的概率取决于偶发信号的频率和示波器的波形更新率示波器每秒波形更新率VS数码像机自动连拍功能的连拍速度34Professional Agilent Instrument Distributor深存储可能
20、会带来的负面影响3 降低波形更新率用户操作控制仪器时反应速度降低 亡捕获间的死区时间加长即戈 降低捕获毛刺与异常期信号的能力0LLI通常而言:存储深度与波形更新率是相互矛盾的35Professional Agilent Instrument DistributorMegaZoom深存储技术工作原理第一代深存储示波器的结构UJ:在深存储时,较慢的波形更新率LU区 口用MegaZoom-新一代深存储示波器的结构在深存储时,依然满足快速的波形更新率数据在硬件中做预处理Professional Agilent Instrument Distributor“基MegaZoom III 技术MegaZoo
21、m技术令Agilent示波器成为业界 独一无二的深存储快响应示波器!0 示波器的正常操作模式一 不受采样率的限制2 不受存储深度的限制d 能保证在各种状态下波形的采集及波形刷S 新速率达到最大值扩展放大(Zoom)功能能适用371。万次波形/秒的更新率!次 Professional Agilent Instrument DistributorMegaZoom技术示波器捕获、观察波形工0.UJ山底 4神0 LH S256个彩色 灰度等级显示分辨率1024 x 76810万次波形/秒的更新率!38“基Professional Agilent Instrument Distributor泰克TDS3
22、 000B与安捷伦DS05000A 波形更新率比较泰克TDS3 000B(1 OK存储长度)-Normal常规工作模式下,波形更新率仅700次波形/秒j-快刷新Fast trigger工作模式下,波形更新率仅3600次波形/秒0,:ujs FsctocNormalFast trigger:丈 Record lengUi10,000 point s500 point sJ Maximum acquisit ion rat e:2 300 MHz 600 MHz models100 MHz-200 MHz models700wavefams/s400waveforms/s3,600 wavefor
23、ms/s2,600 waweforms/sMaximum horizont al zoom fact or200X10X 安捷伦DS05000A(1M存储长度)-常规工作模式下,波形更新率100000次波形/秒Professional Agilent Instrument Distributor快刷新的实时比较:MSO7054A与MSO4054A丢失90%毛刺丢失100%毛刺丢失信号MSO4054A40Professional Agilent Instrument Distributor测量波形更新率每次示波器触发和捕获数据,示波器触 发输出BNC端口就发出一个脉冲计数器被测示波器计算触发脉冲
24、数,可知波形更新率41Professional Agilent Instrument Distributor波形更新率比较-改变:扫描时基,存储长度,通道数,串行解码工.0 1UJ-UJL.,pt f 一剌 0 0 山STek MS04000Agilent MS07000Timebase SettingOptimized Memory2 Analog+Digital+SerialOptimized Memory2 Analog+Digital+Serial20 ns/divIk2,50013 025/5Auto95,00095,00095,000/60200 ns/div10k3 2,0001
25、253 0/5Auto73,00073,00073,000/602 ps/div100k3,70012545/2Auto19,00019,00019,000/6020 ps/divIM16511190/1Auto2,0002,0002,000/60200 ps/div10M121210/0.2Auto460460460/6042Professional Agilent Instrument Distributor为什么会有如此不同?相对于恒定的存储深度和采样 速率,采集时间是固定的。2;LU区./剌如此反复地重复着7随着更新速率的降低,死区时 间会加大。0 LH S其它供应商的示波器是采用多个
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