OpenVINOTM,给你看得见的未来!>>
电子产品世界 » 论坛首页 » 综合技术 » 测试测量 » 示波器的原理和使用方法

共1条 1/1 1 跳转至

示波器的原理和使用方法

专家
2020-07-27 07:45:12    评分

示波器是一种使用非常广泛,且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。


一、示波器工作原理
示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。
1、示波管
阴极射线管(CRT)简称示波管,是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示,电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内,构成了一个完整的示波管。
1)荧光屏
现在的示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。
当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉,10μs—1ms为短余辉,1ms—0.1s为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用短余辉,低频示波器选用长余辉。
由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保护人的眼睛。
2)电子枪及聚焦
电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是****电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热****电子。
栅极是一个顶部有小孔的金属园筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极****的电子起控制作用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。
如果栅极电位过低,则全部电子返回阴极,即管子截止。调节电路中的W1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连,所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。
电子束从阴极奔向荧光屏的过程中,经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域,调节第二阳极A2的电位,能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点,这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压,A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦,需微调第二阳极A2的电压,A2又叫做辅助聚焦极。
3)偏转系统
偏转系统控制电子射线方向,使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8.1中,Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前,X轴偏转板在后,因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压,使两对偏转板间各自形成电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。
2、示波管的电源
为使示波管正常工作,对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近,偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V),而且可调,以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V~+600V),也应可调,用作聚焦调节。
第二阳极与前加速极相连,对阴极为正高压(约+1000V),相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小,可以用公共高压经电阻分压器供电。
二、示波器的基本组成
从上一小节可以看出,只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压,就能控制示波管显示的图形形状。我们知道,一个电子信号是时间的函数f(t),它随时间的变化而变化。因此,只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压,在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小),示波管屏幕上就会显示出被测信 号随时间变化的图形。电信号中,在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。
它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。
被测信号①接到“Y"输入端,经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大),推挽输出信号②和③。经延迟级延迟Г1时间,到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤,加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形,将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路,在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值产生触发脉冲⑥,启动锯齿波扫描电路(时基发生器),产生扫描电压⑦。
由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2,为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描,Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。扫描电压⑦经X轴放大器放大,产生推挽输出⑨和⑩,加到示波管的X轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程,并且变成正向矩形波,送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度,而在扫描回程进行抹迹。
以上是示波器的基本工作原理。双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用,当转换频率高到一定程度后,看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。
示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器,供校验示波器用。
三、示波器使用
本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多,功能也不同。数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针对某一型号的示波器,只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。
1、荧光屏
荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线,指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间,垂直方向指示电压。水平方向分为10格,垂直方向分为8格,每格又分为5份。垂直方向标有0%,10%,90%,100%等标志,水平方向标有10%,90%标志,供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV,TIME/DIV)能得出电压值与时间值。
2、示波管和电源系统
1)电源(Power)示波器主电源开关。当此开关按下时,电源指示灯亮,表示电源接通。
2)辉度(Intensity)旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些,高频信号时大些。一般不应太亮,以保护荧光屏。
3)聚焦(Focus)聚焦旋钮调节电子束截面大小,将扫描线聚焦成最清晰状态。
4)标尺亮度(Illuminance)此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下,照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中,可适当调亮照明灯。
3、垂直偏转因数和水平偏转因数
1)垂直偏转因数选择(VOLTS/DIV)和微调
在单位输入信号作用下,光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度,这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V,cm/mV或者DIV/mV,DIV/V,垂直偏转因数的单位是V/cm,mV/cm或者V/DIV,mV/DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便,有时也把偏转因数当灵敏度。
踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1,2,5方式从5mV/DIV到5V/DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V/DIV档时,如果屏幕上信号光点移动一格,则代表输入信号电压变化1V。
每个波段开关上往往还有一个小旋钮,微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底,处于“校准”位置,此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮,能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后,会造成与波段开关的指示值不一致,这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能,当微调旋钮被拉出时,垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如,如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV,采用×5扩展状态时,垂直偏转因数是0.2V/DIV。
在做数字电路实验时,在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。
2)时基选择(TIME/DIV)和微调
时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现,按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1μS/DIV档,光点在屏上移动一格代表时间值1μS。
“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时,屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮,则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为×10扩展,即水平灵敏度扩大10倍,时基缩小到1/10。例如在2μS/DIV档,扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于
2μS×(1/10)=0.2μS
TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号,由石英晶体振荡器和分频器产生,准确度很高,可用来校准示波器的时基。
示波器的标准信号源CAL,专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。
示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形,旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。
4、输入通道和输入耦合选择
1)输入通道选择
输入通道至少有三种选择方式:通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选择通道1时,示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时,示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时,示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时,首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。
根据输入通道的选择,将示波器探头插到相应通道插座上,示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起,示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“×1”位置时,被测信号无衰减送到示波器,从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“×10"位置时,被测信号衰减为1/10,然后送往示波器,从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。
2)输入耦合方式
输入耦合方式有三种选择:交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择“地”时,扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路实验中,一般选择“直流”方式,以便观测信号的绝对电压值。
5、触发
第一节指出,被测信号从Y轴输入后,一部分送到示波管的Y轴偏转板上,驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动;另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲,触发扫描发生器,产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上,使光点沿水平方向移动,两者合一,光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。
由此可知,正确的触发方式直接影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形,掌握基本的触发功能及其操作方法是十分重要的。
1)触发源(Source)选择
要使屏幕上显示稳定的波形,则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源:内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。
内触发使用被测信号作为触发信号,是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身是被测信号的一部分,在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。
电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。
外触发使用外加信号作为触发信号,外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。由于被测信号没有用作触发信号,所以何时开始扫描与被测信号无关。
正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中,对一个简单的周期信号而言,选择内触发可能好一些,而对于一个具有复杂周期的信号,且存在一个与它有周期关系的信号时,选用外触发可能更好。
2)触发耦合(Coupling)方式选择
触发信号到触发电路的耦合方式有多种,目的是为了触发信号的稳定、可靠。这里介绍常用的几种。
AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发,触发信号的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式,以形成稳定触发。但是如果触发信号的频率小于10Hz,会造成触发困难。
直流耦合(DC)不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时,使用直流耦合较好。
低频抑制(LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路,触发信号的低频成分被抑制;高频抑制(HFR)触发时,触发信号通过低通滤波器加到触发电路,触发信号的高频成分被抑制。此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。这些触发耦合方式各有自己的适用范围,需在使用中去体会。
3)触发电平(Level)和触发极性(Slope)
触发电平调节又叫同步调节,它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时,扫描即被触发。顺时针旋转旋钮,触发电平上升;逆时针旋转旋钮,触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时,触发电平自动保持在触发信号的幅度之内,不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂,用电平旋钮不能稳定触发时,用释抑(HoldOff)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间),能使扫描与波形稳定同步。
极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时,在信号增加的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时,在信号减少的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。
6、扫描方式(SweepMode)
扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。
自动:当无触发信号输入,或者触发信号频率低于50Hz时,扫描为自激方式。常态:当无触发信号输入时,扫描处于准备状态,没有扫描线。触发信号到来后,触发扫描。
单次:单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下,按单次按钮时扫描电路复位,此时准备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后,准备灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号,往往需要对波形拍照。
上面扼要介绍了示波器的基本功能及操作。示波器还有一些更复杂的功能,如延迟扫描、触发延迟、X-Y工作方式等,这里就不介绍了。示波器入门操作是容易的,真正熟练则要在应用中掌握。值得指出的是,示波器虽然功能较多,但许多情况下用其他仪器、仪表更好。例如,在数字电路实验中,判断一个脉宽较窄的单脉冲是 否发生时,用逻辑笔就简单的多;测量单脉冲脉宽时,用逻辑分析仪更好一些。
四、数字示波器使用必须注意问题
1、前言
数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点,其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异,如果使用不当,会产生较大的测量误差,从而影响测试任务。
2、区分模拟带宽和数字实时带宽
带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值,而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽,数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关(数字实时带宽=最高数字化速率/K),一 般并不作为一项指标直接给出。
从两种带宽的定义可以看出,模拟带宽只适合重复周期信号的测量,而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆,实际上指的是模拟带宽,数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz,实际上是指其模拟带宽为500MHz,而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时,一定要参考数字示波器的数字实时带宽,否则会给测量带来意想不到的误差。
3、有关采样速率
采样速率也称为数字化速率,是指单位时间内,对模拟输入信号的采样次数,常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。
1)如果采样速率不够,容易出现混迭现象
如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号,示波器显示的信号频率却是50KHz,这是怎么回事呢?这是因为示波器的采样速率太慢,产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率,或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了,而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。
那么,对于一个未知频率的波形,如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢?可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档,看波形的频率参数是否急剧改变,如果是,说明波形混迭已经发生;或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来,也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理,采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭,如一个500MHz的信号,至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生:
a.调整扫速;b.采用自动设置(Autoset);c.试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式,因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值,而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找最大最小值,这两种方法都能检测到较快的信号变化。如果示波器有InstaVu采集方式,可以选用,因为这种方式采集波形速度快,用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。
2)采样速率与t/div的关系
每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是,在任意一个扫描时间t/div,采样速率fs由下式给出:
fs=N/(t/div)N为每格采样点
当采样点数N为一定值时,fs与t/div成反比,扫速越大,采样速率越低。综上所述,使用数字示波器时,为了避免混迭,扫速档最好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺,扫速档则最好置于主扫速较慢的位置。
下文分别细数了示波器或曾不为人知的12项功能。
1、协议解码
根据示波器波形显示进行串行总线手动解码既耗时又容易出错。在这一相对简单的I2C信号中,可能有问题存在。您能轻松找到这个问题吗?甚至还能说出该信号代表什么吗?要对该数据包进行手动解码,需寻找到包头、数据位及包尾。利用时钟状态(**)对所有数据信号状态(蓝色)进行对照确认,然后将其转换为十六进制数值。
图片10.png
1:示波器上的I2C信号
在此将手动解码与自动解码示例进行比较。只需定义时钟和数据处于哪些通道上以及定义用于确定逻辑值(“1”和“0”)的阈值,就可以让示波器获悉正通过总线传输的协议。在一瞬间,就可对串行数据进行解码并将其显示出来,说明总线波形显示中的起始位、地址位、数据位和结束位。对I2C总线而言,地址值和数据值能够以十六进制方式显示,或以二进制方式显示。 
图片9.png
2:自动I2C解码
2、网络分析仪
需测量回波损耗(Sdd11)或插入损耗(Sdd21),但却没有TDR或VNA,怎么办?您可用高带宽示波器进行一些近似于网络分析的测量,尽管这样做好像有些超出其使用范围,而且肯定有某些局限。传统的频率响应时间测试涉及对快脉冲的测量以及对响应FFT的查看。除这种测量外,您还可以通过一些相当基础的设置来测量回波损耗和插入损耗。

例如,一些高速标准(像PCI Express 3.0和USB 3.0)包括有这样的测量,一长串逻辑值“1”后接一长串“0”。这构成一种稳态条件或低频状态。然后,测试图案变为时钟或1010图案,又称为奈奎斯特图。对前后电压电平进行比较,得到一个标称插入损耗值。可采用更先进的技术以及自定义信号激励来提取其他详细信息。
图片8.png
3:64个“1”及64个“0”后接“1010”的图形
3、在DVD驱动器上播放影片

大型LCD屏幕还可用作什么呢?可以肯定的是,您可以在示波器上观看信号完整性分析指南,但更令人高兴的是,您还可以观看最近的电影(但是还不能观看3D视频)。

4、滤波

 

您是否需要用高带宽示波器测量低频信号但又不想有高频噪音?许多示波器都具有数字信号处理功能,可进行滤波,包括低通滤波。下一次,您想在您12GHz示波器上测量100MHz时钟时,可使用带宽限制功能,以得到更佳的信噪比和更精确的测量值。

5、宽带雷达测试
数字示波器早已具备FFT功能。随着雷达和其他宽带RF系统进入数字领域,现在示波器已具备瞬态或宽频带宽RF信号分析功能。您可以对无外部降频转频器的宽带雷达、高数据速率卫星链路或跳频通信系统执行脉冲分析、数字解调和EVM测量。
图片7.png4:显示宽带雷达信号的示波器
6、改善垂直分辨率

大部分示波器的A/D分辨率为8个比特。用不同的采集模式,可按如下所述,通过求相邻采样的平均值来提高垂直分辨率。那么,通过求平均值和采用高分辨率模式可将分辨率提高多少呢?理论上讲,增加值为0.5Log2N,其中N为相邻采样的平均数。

实际情况是,2个字节的存储深度限制了这一增加。两个字节为16位。保留其中一位作为符号位,剩余的15位用作数据数值。舍入误差使第14位和第15位成为随机值,从而使实际限值变为13位。因此,改善可从约六个有效位开始,用高度过采样时可增至约13位。 

图片6.png5:提高垂直分辨率
7、基于示波器的信号发生器
由于许多示波器都装有计算机I/O端口,比如USB端口或以太网端口,因此可使用这些端口来生成测试信号。只需下载合适的软件(可在许多标准机构的网站上查找到)来激活测试模式,您就拥有了一台信号发生器。
8、测试文件
如果您想像大多数人那样在示波器上进行分析,则可能还需要有一些测试文件。了解许多集成软件分析工具中的测试报告功能,可为您节约一些时间。想要更高效,您可以通过远程控制仪表指令自动化分析和测试报告的操作。即便是基本型示波器也具备针对文件的省时功能,比如“保存全部”功能,只需按下一个按钮,即可保存截图、波形数据和设置文件。

6:文件测试报告功能的用途
9、智能检索
没有正确的检索工具的话,要在很长的波形记录中找到您感兴趣的事件可能会很耗时。如今,记录长度日渐超过100万数据点,要定位您的事件可能意味着需要浏览成千上万个信号活动屏。用软件搜索工具可简化对长记录的浏览。甚至有前置面板控制器,使您可快速进行缩放和平移操作,就像用DVR看视频一样。还可顺便自动标注每个定义事件的发生情况,以便在各事件之间快速移动。
图片4.png7:长数据记录中标记的用途
10、触发
示波器的触发功能可在信号中的正确点进行同步水平扫描,对明确的信号检定而言,是不可缺少的。触发控制器允许您稳定重复波形并捕捉单次触发波形。

在高速调试应用中,您的电路可能会工作99.999%或更长的时间。而正是.001%的时间会造成您的系统崩溃或正是您需要更详细分析波形的一部分。高级触发功能,如AB双重事件触发、窗口触发、逻辑认证等等都有助于隔离问题,速度比在采集后搜索上百万个数据样本快很多。
图片3.png
8:高级触发模式可减少对长数据记录的搜索
11、仪器的远程控制

您是否曾有过这样的经历:离开实验室之前忘记检查测量值或保存测试结果?没有特殊软件工具就无法远程访问示波器了吗?幸运的是,只需打开浏览器,输入示波器的IP地址,就可轻松接入示波器。许多示波器,甚至基本型示波器,不仅可在实验室中联网,还可设置为可在线访问的网络服务器。
图片2.png9:网络驱动示波器可通过浏览器远程访问
12、眼图
什么是眼图?通过眼图,在高速数字设计领域工作的人士可识别多个比特相互叠加,被广为使用的图形。如何才能在不挨个查看的情况下就快速验证上百万个比特呢?
在一张瞬态图中,您能大致了解会造成系统运行不可靠的时间变化、噪音、振铃和其他信号完整性的影响。大部分示波器用户都很熟悉这一工具,然而许多人并没有意识到信号处理和可视化技术方面的进步,从而加深对这一基本图形的了解。通过眼图,可基本了解电压电平和边缘速率等参数值。如果再进一步延伸这一概念,您可以用BER轮廓线(BER contours)来推断或预测误码率。下图类似眼图,但其显示的误码率为定时抖动和电压噪声的函数。
图片1.png10:示波器上可看到眼图和更多信息。
结论

示波器简单易学、容易操作,可帮助您高效工作,充分提高生产率,使您可将精力放在设计而非测量工具上。就像世上没有可作为标准的汽车司机一样,世上也没有标准的示波器用户。无论您将示波器用于广泛分析、用于滤波还是用于创建测试文件,最重要的是如何灵活操作您的示波器。

 

当一件正确的事情成为我们习惯的时候,对一个人的影响是正面且长期的,意义也很重大。养成使用示波器的习惯对一个工程师的影响也是一生的,而当习惯进一步上升为理念时,就算刻意去摆脱都不是那么容易。
 当产品出现问题时,很多人下意识还是会拿万用表去东量量,西测测。究其原因,万用表人手一个,使用便捷,所以受到广大工程师的欢迎。在这里我想说的是这个习惯不大好,详细原因且听我慢慢道来。 万用表的使用场景主要是用于阻值(电阻值,对地阻抗),通断(是否滴滴响)等简单测量,这两个功能是示波器无能为力的。电压值也可以用万用表量。用万用表测量电压有效值更准确,但要观察电压具体“长什么样”还是得用示波器。 有一个经典的比喻,示波器是电子工程师的眼睛。如果不使用示波器,我们在研的产品就相当于一个黑盒子,难以探知其真实面目,毕竟一抹黑的路不好走。下面结合一些经历来谈谈为什么要养成使用示波器的习惯。 1、理论联系实际的好帮手 示波器是一名硬件测试工程师必须熟练掌握的工具,但由于工作性质的原因,我们经常做的工作是对照测试用例或者规范进行一些固定项的重复测试,如各类接口,内部总线等。久而久之,很多人就不满足于这种知识面了。不安于现状的测试工程师们接下来的步骤就是找来一些资料来深入学习自己所面向的产品,了解工作原理,内部构造,各模块电路,信号流向等。这些知识有的清晰,有的模棱两可,有的甚至搞不懂。 当你遇到这种情况时,示波器可以成为你非常好的帮手,对不懂的地方,可以先查查资料,尝试弄明白原理,然后用示波器量一下波形,时序等,验证自己的分析结果。通过示波器可以直观地看到波形,会使人感到很清晰,印象深刻,理论知识也可以得到更好的理解。 把一个电子产品上的信号都量测之后,加上学习一些文档,那样对自己所面对的产品理解就会透彻了。 2、直面bug的本质 当我们在解决bug的时候,有的问题可能根据经验就解决了,而没有去彻底把本质搞明白。这样就会有隐患,而且下次设计电路的时候可能掉进同样的一个陷阱。 比如I2C上拉电阻配置不正确导致通信出现概率性失败,信号线上电容过大导致波形失真等,也许我们改改电阻值、电容值就把问题解决了,但是这样还不够,如果通过示波器看到波形的本质,然后再去调试。这样解决的问题,以后就不会再犯了,也会保证避免出现一些当时认为已经解决,但是在批量时依然会概率性的出问题。 一些EMC问题是由内部高频信号的谐波引起,通过示波器调试,可以在保证信号完整性的基础上有效降低辐射信号的能量,如串接更合适的匹配电阻,增加对地电容等手段去解决。而保证信号完整性,最直接的手段就是使用示波器测试,以免矫枉过正,出现隐患。 3、用事实说话 有些bug出现的时候,需要多方来一起解决。这样的多方邮件沟通就需要图像作为重要依据了。之前遇到一个bug:Host端向device端加载文件时出现概率性失败的情况。这里涉及三方的硬件,软件,还要涉及Host芯片及Device芯片厂家的台湾原厂。各方经过各自的检查,加上各自之前出货的经验,均认为自己没有问题。使用示波器反复量测波形,时序,在开始也没能定位问题。因在启动时,时钟信号线上会出现一部分1V杂波信号,然后通过实验手段判定就是Host端发出,以此作为证据要求Host端的台湾原厂修改,理由是不管此信号是否对通信造成影响,至少先解决这个问题再考虑。在更新过两次代码后,1V杂波信号消失,老化拷机,并未出现问题。 出于自我保护本能以及各方知识的局限,一般各自都会认为自己这方没有问题,通过示波器量测波形,找到证据,督促修改,会使得问题容易得到解决。 -END-

 





关键词: 示波器     原理     使用方法    

共1条 1/1 1 跳转至

回复

匿名不能发帖!请先 [ 登陆 注册 ]