新型數字示波器的應用

新型數字示波器的應用

示波器一直是工程師設計、調試產品的好幫手。但隨著計算機、半導體和通信技術的發展，電路系統的信號時鐘速度越來越快，信號上升時間也越來越短，導致因底層模擬信號完整性問題引發的數字錯誤日益突出。針對這些新的測試挑戰，示波器供應商不斷推出了性能更好的數字示波器。但要想準確快速地對系統信號進行分析，測量時還有很多新的因素必須考慮。如儀器速度能否跟上被測信號的變化、帶寬是否足夠、測量方法會不會引入干擾，甚至還有所使用的探頭是否合適等等。

問題1：每臺示波器都有一個頻率范圍，比如10M、60M、100M...我手頭用的示波器標稱為60MHz，是不是可以理解為它zui大可以測到60MHz？可我用它測4.1943MHz的方波時都測不到，這是什么原因？

答：60MHz帶寬示波器，并不意味著可以很好地測量60MHz的信號。根據示波器帶寬的定義，若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上，您在示波器上將看到0.707V的信號(30%幅值測量誤差)。如果測試方波，選擇示波器的參考標準應是信號上升時間，示波器帶寬＝0.35/信號上升時間×3，此時您的上升時間測量誤差為5.4%左右。

示波器的探頭帶寬也很重要，若使用的示波器探頭包括其前端附件構成的系統帶寬很低，將會使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭，則能實現的zui大帶寬是20MHz，如果在探頭前端使用連接導線，將會進一步降低探頭性能，但對4MHz左右方波不應有太大影響，因為速度不是很快。

另外還要看一下示波器使用手冊，有的60MHz示波器在1:1設置下，其實際帶寬將銳減到6MHz以下，對于4MHz左右的方波，其三次諧波是12MHz，五次諧波是20MHz，若帶寬降到6MHz，對信號幅值衰減很大，即使能看到信號也不是方波，而是幅值被衰減了的正弦波。

當然，測不出信號的原因可能有多種，如探頭接觸不好(該現象很容易排除)，建議用BNC電纜連接一函數發生器，檢驗該示波器本身有沒有問題，探頭有沒有問題，如有問題，可和廠家直接。

問題2：有些瞬時信號稍縱即失，如何捕捉并使其重現？

答：將示波器設置成單次采集方式(觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式)，注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時間以及能用到的zui大采樣速率。

問題3：在PLL中周期抖動可以衡量一個設計的好壞，但是要測量卻非常困難，有什么方法和技巧嗎？

答：在使用示波器時，要注意其本身的抖動相關指標是否滿足您的測試需求，如示波器本身的觸發抖動指標等。同時要注意使用不同的探頭和探頭連接附件時，若不能保證示波器的系統帶寬，測量結果也會不準確。另外關于PLL設置時間的測量，可使用示波器+USB-GPIB適配器+軟件選件來完成，也可用較為便宜的調制域分析儀。

問題4：為什么我的示波器有時候抓不到經過放大后的電流信呢?

答：如果信號的確存在，但示波器有時能抓到有時抓不到，這就可能和示波器的設置有關系。通常可將示波器觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式。如果這種方式還不行，那就可能是儀器出了問題。

問題5：如何測量電源紋波？

答：可以先用示波器將整個波形捕獲，然后將關心的紋波部分放大來觀察和測量(自動測量或光標測量均可)，同時還要利用示波器的FFT功能從頻域進行分析。

問題6：新型數字示波器怎樣用于單片機開發？

答：I2C總線信號一般工作速率不超過400Kbps，zui近也出現了幾Mbps的芯片，有的示波器在設置觸發條件時，無需顧及不同速率的影響，但對其它總線，如CAN總線，則需要先在示波器上設置CAN總線當前的實際工作速率以便示波器能正確理解協議，并正確觸發。若想對Inter-IC總線信號進行進一步的分析，如協議級分析，可使用邏輯分析儀，但相對來說價格比較高。

問題7：關于模擬和數字示波器比較的問題：1、模擬和數字示波器在觀察波形的細部時，哪個更有優勢(例如在過零點和峰值時，觀察1%以下寄生波形)？2、數字示波器一般提供在線顯示均方根值，它的精度一般是多少？

答：1)觀察1%以下寄生波形，無論是模擬示波器還是數字示波器，觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數字示波器更高，如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%，這并不比數字示波器(通常精度為1～2%)更具優勢，而且對細節，數字示波器的自動測量功能比模擬示波器的人工測量更。

2)對于示波器的幅值測量精度，很多人用A/D位數來衡量。實際上，隨著您所用的示波器帶寬、實際采樣率設置等，它會有所變化。若帶寬不夠，本身帶來的幅值測量誤差就很大，若帶寬夠了，采樣設置很高，實際的幅值測量精度也不如采樣率低時候的精度(您有時可參考示波器的用戶手冊，它可能會給出不同采樣率下，示波器的A/D實際有效位數)。總的來講，示波器測量幅值，包括均方根值的精度往往不如萬用表，同理，測量頻率它不如頻率計數器。

     示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。

    它是觀察數字電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果*的重要儀器。示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。