示波器知識百問(wèn)
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答：示波器早已成為檢測電子線(xiàn)路最有效的工具之一，通過(guò)觀(guān)察線(xiàn)路關(guān)鍵節點(diǎn)的電壓電流波形可以直觀(guān)地檢查線(xiàn)路工作是否正常，驗證設計是否恰當。這對提高可靠性極有幫助。當然對波形的正確分析判斷有賴(lài)于工程師自身的經(jīng)驗。
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(lèi)，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(wàn)美元。價(jià)格的主要決定因素當然是帶寬和功能。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(wú)源探頭，內部也必須有非常多的無(wú)源器件補償電路(RC網(wǎng)絡(luò ))。
3． 一般的示波器探頭的使用壽命有多長(cháng)時(shí)間？探頭需不需要定期的標定？
答：示波器的探頭壽命不好說(shuō)，取決于使用環(huán)境和方法。
標準對于探頭沒(méi)有明確的計量規定，但是對于無(wú)源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時(shí)候，必須進(jìn)行探頭補償調整。所有有源探頭在使用前應該有至少20分鐘的預熱，有的有源探頭和電流探頭需要進(jìn)行零點(diǎn)漂移調整。
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。據了解，目前業(yè)界的最高水平是四個(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，最后形成的兩個(gè)點(diǎn)間的最小采樣間隔的倒數稱(chēng)為等效采樣速率。其指標可以達到很高，如1ps。
6． 什么是功率因數？如何如何測量？
答：功率因數：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，以COSΦ表示，其實(shí)最簡(jiǎn)單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結果就是功率因數。
7． 如何表達和測試功率密度？
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(wú)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：TEK推出的功率測試方案里就有一項功能——B-H曲線(xiàn)的分析，它能反應磁芯的工作狀態(tài)，還能測出動(dòng)態(tài)電感值，并得出磁芯損耗。
9． 開(kāi)關(guān)電源的噪聲有多種如布線(xiàn)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：TEK的TDS5000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(lèi)，才好用相應的處理方法。示波器只能提供數據分析和波段形顯示。
10． 用示波器怎樣可以測試到開(kāi)頭電源的幅射？
答：開(kāi)關(guān)電源存在幅射干擾，一般做法是設法探出干擾源，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成，根據頻率范圍，從而判斷干擾的種類(lèi)。
11． 在反激式電源設計過(guò)程當中，經(jīng)常會(huì )因為變壓器漏感大，而使變壓器的轉換效率降低，繞制時(shí)采用初級中間夾繞次級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，加強偶合。
12． 有沒(méi)有能分析開(kāi)關(guān)損耗的示波器？
答：泰克的電源測試系統即TDS5000系列數字熒光示波器加上TDSPWR2功率分析軟件就可以輕松的分析開(kāi)關(guān)損耗以及每周期的功率損耗甚至包括RDS ON。
13． 示波器能否進(jìn)行傅立葉分解？
答：現代數字示波器大多具有FFT功能，其中上述系統甚至可以按EN61000－3－2標準對電流諧波進(jìn)行預測試。
14． 示波器能否進(jìn)行濾波處理？如對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(chēng)之為高分辨率采集的數字低通濾波，在此種模式中采樣點(diǎn)的垂直分辨率可從8bits提高到12bits，上述系統可以輸出像比如PWM這樣的信號按照脈寬變化的趨勢的類(lèi)似正弦波波形。
15． 使用數字示波器時(shí)，對B觸發(fā)和觸發(fā)電平的設置與被測信號有什么原則？
答：泰克的示波器支持A,B trigger功能，簡(jiǎn)單說(shuō)就是可以雙事件序列觸發(fā)，當選擇A-B seq時(shí)，A事件作為主觸發(fā)，配合B事件捕獲復雜的波形。觸發(fā)方法為A事件arm觸發(fā)系統，當定義的B事件出現時(shí)在B事件處觸發(fā)。具體詳細的觸發(fā)說(shuō)明，請參考示波器的手冊。
16． 如何用TDS3052B測量載波頻率為幾十K，調制波頻率為電源頻率的已調波的最大值？
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(guān)測20ms信號，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格, 同時(shí)根據幾十k的載波信號，確定示波器的采樣率。最后可以估算出需要的采集內存長(cháng)度，判斷是否能夠滿(mǎn)足測試要求。
17． 使用一臺標稱(chēng)100MHz的DSO示波器，測量一個(gè)高頻開(kāi)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 數字示波器中對于波形和上升時(shí)間的描繪都是通過(guò)實(shí)時(shí)采樣電路和高速A/D變換器獲得波形數據，再通過(guò)插值運算得到的。
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插功能，在信號采集電路部分完成。當然，很多示波器也是通過(guò)示波器的主處理器進(jìn)行數學(xué)運算完成的，這個(gè)時(shí)候會(huì )花比較多的時(shí)間。
④ 對于您測量的信號，恐怕使用100MHz的示波器是無(wú)法進(jìn)行。50MHz的方波，理論上應該使用450MHz以上的示波器才能將信號中最重要的9次以下諧波準確重新，從而保證波形不失真。更何況，您恐怕還要考慮信號上升時(shí)間的問(wèn)題，理論上，示波器的上升時(shí)間應該比信號快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，您應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字示波器，比如測音頻放大器的小信號，電源的雜波等？
答：要注意的問(wèn)題有：
① 示波器的接地問(wèn)題，示波器的機殼和探頭的參考地線(xiàn)都是連接地線(xiàn)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(xiàn)引入的干擾問(wèn)題，由于普通探頭通常都有一段接地線(xiàn)，會(huì )與待測點(diǎn)構成一個(gè)類(lèi)似環(huán)形天線(xiàn)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(xiàn)，而直接使用探頭尖端和探頭內的地點(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(zhuān)門(mén)針對小信號的ADA400A可以測量到幾百微伏，用于高速信號測量的P7350提供高達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）的信號捕獲模式，可以過(guò)濾信號上疊加的隨機噪聲。
19． 在測量離板信號線(xiàn)的傳導騷擾時(shí)，發(fā)現在兩個(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。初步分析是由于板上的開(kāi)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？
答：示波器可以測試噪聲信號有幾個(gè)考慮的因素：
① 被測信號的幅度，是否為小信號， 示波器配合探頭可以測試uA級的信號
② 被測信號的頻率。
③ 探頭的連接方式不當會(huì )產(chǎn)生噪聲，影響測試結果。
20． 在用泰克的示波器時(shí)，如何理解Holdoff這個(gè)參數？
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，即使有滿(mǎn)足觸發(fā)條件的信號波形點(diǎn)示波器也不會(huì )觸發(fā)。在數字示波器中也會(huì )用百分比來(lái)表示，意義是整個(gè)記錄長(cháng)度或者整個(gè)屏幕的百分比。
示波器的觸發(fā)部分的作用就是穩定的顯示波形，觸發(fā)釋抑也是為了穩定顯示波形而設置的功能。主要針對大周期重復而在大周期內有很多滿(mǎn)足觸發(fā)條件的不重復的波形點(diǎn)而專(zhuān)門(mén)設置的。比如圖中所示，圖中紅色的點(diǎn)都可以滿(mǎn)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)，因此可以穩定顯示。
此外，對于調幅信號等也一樣要使用觸發(fā)釋抑。詳情請參見(jiàn)泰克文章《示波器XYZ》。
21． 關(guān)于holdoff，所謂觸發(fā)與非觸發(fā)，示波器對采集信號的處理有什么區別？
答：對于數字示波器，不論是否觸發(fā)，示波器實(shí)際上都是在不斷地采集波形，但是如果只有穩定的觸發(fā)才能有穩定的顯示。也會(huì )出現這種狀況，示波器觸發(fā)電路的模式出于“自動(dòng)”模式，即不論是否滿(mǎn)足觸發(fā)條件都進(jìn)行波形顯示。如果使用“通?！盢ormal模式，不滿(mǎn)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，是否百分比設置越大（對應信號顯示逐漸穩定）那么就意味著(zhù)信號的周期越長(cháng)？
答：是的，百分比越大，釋抑時(shí)間越長(cháng)。
23． 如何使用示波器測量差分信號？
答：最好的方法是選用差分探頭，這時(shí)測到的信號最為真實(shí)客觀(guān)；若沒(méi)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)，然后用數學(xué)運算，得到ch1-ch2的波形并進(jìn)行分析，這時(shí)盡量保持兩根探頭完全一樣，示波器兩個(gè)通道的Vertical scale ( 每格多少伏)設置一樣，否則，誤差會(huì )較大。
24． 怎樣用示波器測量出USB總線(xiàn)上的差分信號？
答：USB 信號的測試分為2種情況：
第一種是需要進(jìn)行符合USB組織定義USB1.1/2.0總線(xiàn)的物理層測試規范，只有通過(guò)USB一致性測試后方可打上USB標識。USB物理層一致性測試分為很多個(gè)測試項目,主要是考察USB信號的信號質(zhì)量如何，象
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(guān)測USB總線(xiàn)上的信號，可以選擇合適的差分探頭連接到D+, D-，直接進(jìn)行USB信號的觀(guān)測。USB2.0信號速度比較快，上升時(shí)間為幾百皮秒，為了保證信號的包真度測試，需要選擇大于2GHz的示波器和差分探頭進(jìn)行測試。
25． PCB板上的高速信號特征：XAUI接口3.125GBd串行差分信號：60ps，請問(wèn)需要多高帶寬的示波器才能精確測量？測量誤差可達多少？
答：對XAUI接口3.125GBd 串行差分信號，聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)象InfiniBand 信號，用正弦內插的方式，或類(lèi)似等效采樣的方式來(lái)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范圍內的上升時(shí)間時(shí)，采用7GHz差分探頭可保證誤差3%，對于 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)示波器中最好的方案，單就上升時(shí)間測量而言，最精確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)，因為其帶寬可高達50GHz。
26． 對時(shí)鐘的相位噪聲參數的要求很高的設計，需要考慮哪些關(guān)鍵性的問(wèn)題來(lái)降低相位噪聲？
答：在A(yíng)DC,DAC的器件中衡量性能有很多項指標：象位數、轉換速度、DC精度、開(kāi)關(guān)性能、動(dòng)態(tài)性能（SNR, SINAD,IMD）等等。
27． 對時(shí)鐘的相位噪聲參數的要求很高的設計，怎樣測量相位噪聲？
答：從示波器的角度來(lái)看，可以測試ADC,DAC的模擬和數字信號的幅度，時(shí)間，轉換后的信號質(zhì)量，轉換速度，時(shí)鐘和數據的建立/保持時(shí)間等參數，還可以通過(guò)TDS示波器中的高級運算功能（頻譜分析功能）來(lái)定性測量SNR,SINAD等參數。
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(wèn)題，此時(shí)用什么方案才能使相位噪聲的惡化最??？
答：首先要分析抖動(dòng)產(chǎn)生的來(lái)源，示波器來(lái)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)行徹底抖動(dòng)分析，象確定抖動(dòng)(Dj)，隨機抖動(dòng)(Rj)，Rj和Dj的分離，最后通過(guò)分析造成抖動(dòng)的原因來(lái)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(lái)看有何區別？
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：信號的上升沿（或者下降沿）達到某一特定電平（觸發(fā)電平）時(shí)，示波器觸發(fā)。 示波器只有在信號自觸發(fā)有問(wèn)題的時(shí)候才會(huì )使用外觸發(fā)，沒(méi)有哪一個(gè)更好的問(wèn)題。而這種問(wèn)題通?？赡苁?，信號比較復雜， 有很多滿(mǎn)足觸發(fā)條件的點(diǎn)，無(wú)法每次在同一位置觸發(fā)，從而得到穩定的顯示。這時(shí)需要使用外觸發(fā)。舉例如下：
觀(guān)測上面的信號，由于A(yíng)BCD各點(diǎn)都會(huì )觸發(fā)，示波器顯示波形將不能穩定。這時(shí)可以使用下面的信號作為觸發(fā)信號，示波器將得到能夠全部周期的顯示。
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。請問(wèn)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(chǎng)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：帶寬是示波器最重要的指標，因為在數字示波器中有ADC，它的采樣率理論上需要滿(mǎn)足Nyquist采樣定律，即被測信號的最高頻率信號的每個(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，比如波形的重構算法等。泰克示波器采用先進(jìn)的波形重構算法，被測信號的每個(gè)周期只需要2.5個(gè)點(diǎn)就能夠重構波形。也有的示波器采用線(xiàn)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倍就可以比較準確地再現波形。
泰克的TDS3000B系列是“實(shí)時(shí)采樣”示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號的能力）＝重復帶寬，您所說(shuō)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。
31． 示波器指標中的帶寬如何理解？
答：帶寬是示波器的基本指標，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(chēng)為帶寬。也就是說(shuō)，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，我們在選擇示波器的時(shí)候，為達到一定的測量精度，應該選擇信號最高頻率5倍的帶寬。
32． 測量系統的總帶寬如何獲得？
答：測量系統的總帶寬＝0.35/上升時(shí)間(1GHz以下示波器)。
33． 在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒(méi)有太大的意義？
答：帶寬是限制被測信號高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個(gè)被測信號周期只需2.5個(gè)點(diǎn)就能夠最大限度的重構波形。其它一些示波器需要大于4個(gè)樣點(diǎn)/周期，即100MHZ帶寬示波器單次采集至少需要400MS/s的采樣率，有些示波器甚至需要10個(gè)點(diǎn)（線(xiàn)性?xún)炔寮夹g(shù)）才能保證采集信號有意義。
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