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示波器该怎么选择?

专家
2020-08-15 07:39:46    评分

示波器自从问世以来,一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一。随着电子技术的发展,示波器的能力在不断提升,其性能与价格也五花八门,市场参差不齐。示波器看似简单,但如何选择,也存在许多问题。本文根据多年的经验,从几个方面告知您在选择示波器时应注意的问题:

 


01

了解自己要测量什么

首先, 

您要知道用示波器观察什么?

您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?

您的信号是否有复杂的特性?

您的信号是重复信号还是单次信号?

您要测量的信号过渡过程的带宽,或者上升时间是多大?

您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等?

您打算同时显示多少信号?

您对测试信号作何种处理?

 

其次,确定测试信号带宽 

带宽一般定义为正弦波输入信号幅度衰减到 -3dB 时的频率,即幅度的70.7% 。带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽,示波器将无法测量高频信号,幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失;如果没有足够的带宽,得到的信号所有特性,包含响铃和振鸣等都毫无意义。

 

一个决定您所需要的示波器带宽有效经验—— “5倍经验准则”:将您要测量的信号最高频率分量乘以5,使测量结果获得高于2%的精度。

 

在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知道它的最快上升时间,这时频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间:Bw=0.35/信号的最快上升时间。

 

数字示波器带宽有两种类型:重复(或等效时间)带宽和实时(或单次)带宽。重复带宽只适用于重复的信号,显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率,且当捕捉的事件不是经常出现或瞬变信号时就更为重要,实时带宽与采样速率紧密联系。

 

带宽越高越好,但是更高的带宽往往意味着更高的价格,因此应按照预算来选择您要观察的信号频率成分。 

 


02

选择示波器的核心技术差异

模拟(DRT)、数字(DSO)、还是数模兼合(DPO)。传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的控制面板,价格低廉,因而总觉得模拟示波器 “ 使用方便 ” 。

 

但是随着 A/D 转换器速度逐年提高和价格不断降低,以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的测量功能,数字示波器已独领风骚。

 

但是数字示波器显示具有三维的缺陷、处理连续性数据慢等缺点,需要具有数模兼合技术的示波器,例 DPO 数字荧光示波器。

 


03

示波器的参数性能

①A/D转换器的采样速率 

单位为每秒采样次数(GSa/s ),指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丢失的概率就越小。

 

如果需要观测较长时间范围内的慢变信号或低频信号,最小采样速率就发挥了作用,为了在显示的波形记录中保持固定的波形数,需要调整水平控制旋钮,而所显示的采样速率也将随着水平调节旋钮的变化而变化。

 

有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插(通过筛选以便在取样点间重新生成),则(采样速率 / 信号带宽)的比值至少应为 4∶1,无正弦内插时,则应采取 10∶1 的比值。

 

②屏幕刷新率/波形更新速度 

所有的示波器都会闪烁,示波器每秒钟以特定的次数捕获信号,在这些测量点之间将不再进行测量,这就是波形捕获速率,也称屏幕刷新率,表示为波形数每秒( wfms/s )。一定要区分波形捕获速率与A/D采样速率的区别。

 

采样速率表示示波器在一个波形或周期内A/D采样输入信号的频率;波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。

 

波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别,且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性,并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况,如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。

 

一般来讲,模拟示波器由于电路简单,其屏幕刷新率较高,而数字存储示波器( DSO )使用串行处理结构每秒钟可以捕获 10 到 5000 个波形。为了改变数字示波器屏幕刷新率低的问题,数字荧光示波器采用并行处理结构,可以提供更高的波形捕获速率,有的高达每秒数百万个波形,大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性,并能让您更快地发现信号存在的问题。

 

③存储深度 

存储深度(也称记录长度)是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。

 

将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的采样速率,可以计算出所要求的存储深度。存储深度与采样速率密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。

 

现代的示波器允许用户选择记录长度,以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号,只需要 500 点的记录长度;但如果要解析一个复杂的数字数据流,则需要有一百万个点或更多点的记录长度。

在正确位置上捕捉信号的有效触发,通常可以减小示波器实际需要的存储量。

 

④通道能力 

包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道之间的隔离能力,您需要的通道数取决于您的应用,对于通常的经济型故障查寻应用,需要的是双通道示波器,然而要求观察若干个模拟信号的相互关系,将需要一台 4 通道示波器,许多工作于模拟与数字两种信号的系统工程师可以选择混合信号示波器(MSO),它将逻辑分析仪的通道计数及触发能力与示波器的较高分辨率综合到具有时间相关显示的单一仪器中。

 

如果您测量三相电,可控硅等有源器件或线路,两端之间没有绝对的零点,即所谓的浮地信号,这时候从操作安全和精度出发,应选用隔离通道示波器;如果比较多通道的时序和相移,应选用两通道以上示波器,这时通道之间的隔离更显重要。

 

⑤示波器的性能和指标 

示波器的指标有很多:如垂直灵敏度、扫描速度、垂直精度、时间基准、垂直分辨率等等。示波器的性能取决品牌的质量,关键在于质量、稳定性和校准服务等。

 

⑥相应配套的附件和探头 

容易忘记的一点是,当装上探头时,它就成为整个测试电路的一部分了,结果探头将造成电阻性、电容性和电感性负载,使示波器呈现出与被测对象不同的测量结果。

 

因此,针对不同应用配有相应的探头,然后选择其中一种,使负载效应最小,使信号得到最精确的复现。

 

由于 SMT 元件的发展,连接更困难,使用不同的附件满足特殊需要。详细见北京海洋兴业科技有限公司专业文章“走向更好的测量,合理地选择探头和附件”。

 

⑦示波器功能的扩展性 

为了不断适应需求变化。示波器功能最好可以随机扩展:

增加通道的内存以分析更长的记录长度

增加面对具体应用的测量功能

有一整套兼容的探头和模块,加强示波器的能力

同通用第三方的 Windows 兼容的分析软件协同工作,例如PATHWAVE INFINIIUM 应用软件。

增加附件,如电池组和机架固定件等

 

⑧示波器数据管理和通讯能力 

对测量结果的分析非常重要。将信息和测量结果在高速通信网络中便捷地保存和共享变得日益重要。

 

示波器的互联性提供对结果的高级分析能力并简化结果的存档和共享。示波器通过各种接口( GPIB 、 RS-232 、 USB 或以太网)和网络通信模式提供一系列的功能和控制方式。

 

⑨示波器的操作性能 

很显然,如果您不能访问各种功能,或者要花很多时间去学习它们,那么您的示波器将价值不大,适当的培训和中文操作界面会使您突破使用上的障碍。

 


04

示波器还能如何进步?

 新兴技术的发展,示波器也一直在革新,主要体现在:主流的示波器带宽已经变为2GHz带宽了,越来越多的电路已经引入了Type C、MIPI、DDR 2、DDR3、以太网等高速总线设计,主流示波器带宽需求呈现持续上升的趋势,超过了2GHz,甚至需要6GHz。

 

另外,嵌入式电路的设计中有多种直流电源轨,5V 、3.3V 、2.0V、1.8V 、1.2V 、1.1V 等,每一种电源轨都有多个存在,他们的上电顺序和掉电顺序往往是有严格要求的,传统的四通道示波器无法同时观察他们的时序,更多通道的示波器成为刚需。

 

是德科技日前推出“全球首款 8 通道 RTSA 示波器”,这款示波器不仅拥有强劲的性能,还是最先在全部八个通道上同时提供 6 GHz 带宽和 16 GSa/s 采样率。

  

图片7.png 

实际效果图

 

是德科技的新型Infiniium MXR系列示波器(500 MHz至6 GHz)具有一流的8通道性能,可让您快速解决异常和故障。

 

是德科技的新型Infiniium MXR系列示波器通过将8合1台式解决方案的效率与前所未有的同时8通道性能相结合,为您提供从单纯的故障诊断设备到解决方案级产品。它们在同类产品中排名第一,具有:在8个模拟通道上高达6 GHz的频率,硬件加速的眼图分析和实时频谱分析。

 

是德科技的新型Infiniium MXR系列示波器通过将8合1台式解决方案的效率与前所未有的同时8通道性能相结合,为您提供从单纯的故障诊断设备到解决方案级产品。这些示波器在同类产品中排名第一,具有:在8个模拟通道上高达6 GHz的频率,硬件加速的眼图,实时频谱分析以及全面的可升级性。详细了解可以满足您现在和将来的测量需求的示波器。

   

图片6.png 

 

具体包括: 

①实时频谱分析,使用重叠的FFT和高速存储器,截获概率高达100%。

②使用 ASIC,触发执行速度加快200多倍,眼图生成速度提高50多倍。

③标配历史模式和分段存储器,可以查看超过1024个已采集波形此前的触发事件。分段存储器使示波器可以捕获高达5,000个未来波形以便进行分析。

④深入的信号完整性和电源测试工具套件。

⑤超强识别错误能力,Fault Hunter只需用户点击两下,便能熟悉各种信号并锁定错误,无需再经过 15 分钟甚至更长时间的反复试验。

⑥PathWave Infiniium离线分析软件。

 





关键词: 示波器     怎么     选择     能力     性能    

助工
2020-08-15 21:10:39    评分
2楼

对设备的选型很有帮助!


工程师
2020-08-15 21:14:23    评分
3楼

干货啊!收藏好好研究一下!


助工
2020-08-15 21:19:19    评分
4楼

8合1这个示波器,太牛了!


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