10． 用示波器怎樣可以測(cè)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(shè)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(gòu)成，根據(jù)頻率范圍，從而判斷干擾的種類(lèi)。 

11． 在反激式電源設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)樽儔浩髀└写?，而使變壓器的轉(zhuǎn)換效率降低，繞制時(shí)采用初級(jí)中間夾繞次級(jí)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(qiáng)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(cè)試系統(tǒng)即TDS5000系列數(shù)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(xiàn)代數(shù)字示波器大多具有FFT功能，其中上述系統(tǒng)甚至可以按EN61000－3－2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電流諧波進(jìn)行預(yù)測(cè)試。 

14． 示波器能否進(jìn)行濾波處理？如對(duì)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(shù)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(tǒng)可以輸出像比如PWM這樣的信號(hào)按照脈寬變化的趨勢(shì)的類(lèi)似正弦波波形。 

15． 使用數(shù)字示波器時(shí)，對(duì)B觸發(fā)和觸發(fā)電平的設(shè)置與被測(cè)信號(hào)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(dāng)選擇A-B seq時(shí)，A事件作為主觸發(fā)，配合B事件捕獲復(fù)雜的波形。觸發(fā)方法為A事件arm觸發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)定義的B事件出現(xiàn)時(shí)在B事件處觸發(fā)。具體詳細(xì)的觸發(fā)說(shuō)明，請(qǐng)參考示波器的手冊(cè)。 

16． 如何用TDS3052B測(cè)量載波頻率為幾十K，調(diào)制波頻率為電源頻率的已調(diào)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(cè)20ms信號(hào)，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格, 同時(shí)根據(jù)幾十k的載波信號(hào)，確定示波器的采樣率。最后可以估算出需要的采集內(nèi)存長(zhǎng)度，判斷是否能夠滿(mǎn)足測(cè)試要求。 

17． 使用一臺(tái)標(biāo)稱(chēng)100MHz的DSO示波器，測(cè)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(shù)字示波器中對(duì)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(shù)據(jù)，再通過(guò)插值運(yùn)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(nèi)插功能，在信號(hào)采集電路部分完成。當(dāng)然，很多示波器也是通過(guò)示波器的主處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算完成的，這個(gè)時(shí)候會(huì)花比較多的時(shí)間。 

④ 對(duì)于您測(cè)量的信號(hào)，恐怕使用100MHz的示波器是無(wú)法進(jìn)行。50MHz的方波，理論上應(yīng)該使用450MHz以上的示波器才能將信號(hào)中較為重要的9次以下諧波準(zhǔn)確重新，從而保證波形不失真。更何況，您恐怕還要考慮信號(hào)上升時(shí)間的問(wèn)題，理論上，示波器的上升時(shí)間應(yīng)該比信號(hào)快5倍以上。 

⑤ 探頭也一樣，由于普通探頭在測(cè)量高壓的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生高頻失真的效應(yīng)，您應(yīng)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(cè)量。 

18． 如何在模擬電路用好數(shù)字示波器，比如測(cè)音頻放大器的小信號(hào)，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(jī)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(cè)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(cè)點(diǎn)構(gòu)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(nèi)的地點(diǎn)接觸待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。 

③ 使用差分測(cè)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(duì)小信號(hào)的ADA400A可以測(cè)量到幾百微伏，用于高速信號(hào)測(cè)量的P7350提供高達(dá)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(hào)捕獲模式，可以過(guò)濾信號(hào)上疊加的隨機(jī)噪聲。 

19． 在測(cè)量離板信號(hào)線(xiàn)的傳導(dǎo)騷擾時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(hào)。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(cè)量這樣的噪聲信號(hào)？ 

答：示波器可以測(cè)試噪聲信號(hào)有幾個(gè)考慮的因素： 

① 被測(cè)信號(hào)的幅度，是否為小信號(hào)， 示波器配合探頭可以測(cè)試uA級(jí)的信號(hào) 
② 被測(cè)信號(hào)的頻率。 
③ 探頭的連接方式不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響測(cè)試結(jié)果。 

20． 在用泰克的示波器時(shí)，如何理解Holdoff這個(gè)參數(shù)？ 

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(nèi)，即使有滿(mǎn)足觸發(fā)條件的信號(hào)波形點(diǎn)示波器也不會(huì)觸發(fā)。在數(shù)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(zhǎng)度或者整個(gè)屏幕的百分比。  帶寬是大多數(shù)工程師在選擇一款示波器時(shí)首先考慮的參數(shù)。本文將為您提供一些有用的竅門(mén)，教您如何為您的數(shù)字和模擬應(yīng)用選擇合適的示波器帶寬。但首先，我們先看看示波器帶寬的定義。

示波器帶寬的定義

所有示波器都表現(xiàn)出如圖1所示的在較高頻率處滾降的低通頻率響應(yīng)。大多數(shù)帶寬參數(shù)在1 GHz及以下的示波器通常表現(xiàn)為高斯響應(yīng)，即具備約從-3 dB頻率的三分之一處開(kāi)始緩慢滾降的特性。而那些帶寬規(guī)格超過(guò)1 GHz的示波器通常則具備最大平坦頻率響應(yīng)，如圖2所示。這種頻響通常表現(xiàn)為帶內(nèi)響應(yīng)較平緩，而在約-3 dB頻率處滾降較陡。

示波器的這兩種頻率響應(yīng)各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。具備最大平坦頻響的示波器比具備高斯頻響的示波器對(duì)帶內(nèi)信號(hào)的衰減較小，也就是說(shuō)前者對(duì)帶內(nèi)信號(hào)的測(cè)量更精確。但具備高斯頻響的示波器比具備最大平坦頻響的示波器對(duì)代外信號(hào)的衰減小，也就是說(shuō)在同樣的帶寬規(guī)格下，具備高斯頻響的示波器通常具備更快的上升時(shí)間。然而，有時(shí)對(duì)帶外信號(hào)的衰減大有助于消除那些根據(jù)奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)(fMAX < fS)可能造成混迭的高頻成分。關(guān)于奈奎斯特采樣理論更深入的探討，請(qǐng)參看安捷倫應(yīng)用筆記1587(Agilent Application Note 1587) 。

不論您手頭的示波器具備高斯頻響、最大平坦頻響還是介于二者之間，我們都將輸入信號(hào)通過(guò)示波器后衰減3 dB時(shí)的最低頻率視為該示波器的帶寬。示波器的帶寬和頻響可以利用正弦波信號(hào)發(fā)生器掃頻測(cè)量得到。信號(hào)在示波器-3dB頻率處的衰減轉(zhuǎn)換后可表示為約-30%的幅度誤差。因此，我們不能奢望對(duì)那些主要的頻率成分接近示波器帶寬的信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量。

與示波器帶寬規(guī)格緊密相關(guān)的是其上升時(shí)間參數(shù)。具備高斯頻響的示波器，按照10%到90%的標(biāo)準(zhǔn)衡量，上升時(shí)間約為0.35/fBW。具備最大平坦頻響的示波器上升時(shí)間規(guī)格一般在0.4/fBW范圍上，隨示波器頻率滾降特性的陡度不同而有所差異。但我們必須記住的是，示波器的上升時(shí)間并非示波器能精確測(cè)量的較快的邊緣速度，而是當(dāng)輸入信號(hào)具備理論上無(wú)限快的上升時(shí)間(0 ps)時(shí)，示波器能夠得到的較快邊沿速度。盡管實(shí)際上這種理論參數(shù)不可能測(cè)得到，因?yàn)槊}沖發(fā)生器不可能輸出邊沿?zé)o限快的脈沖，但我們可以通過(guò)輸入一個(gè)邊沿速度為示波器上升時(shí)間規(guī)格的3到5倍的脈沖來(lái)測(cè)量示波器的上升時(shí)間。

圖1：低通頻率響應(yīng)

圖2：最大平坦頻率響應(yīng)

數(shù)字應(yīng)用需要的示波器帶寬

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，示波器的帶寬至少應(yīng)比被測(cè)系統(tǒng)較快的數(shù)字時(shí)鐘速率高5倍。如果我們選擇的示波器滿(mǎn)足這一標(biāo)準(zhǔn)，那么該示波器就能以最小的信號(hào)衰減捕捉到被測(cè)信號(hào)的5次諧波。信號(hào)的5次諧波在確定數(shù)字信號(hào)的整體形狀方面非常重要。但如果需要對(duì)高速邊沿進(jìn)行精確測(cè)量，那么這個(gè)簡(jiǎn)單的公式并未考慮到快速上升和下降沿中包含的實(shí)際高頻成分。

公式：fBW ≥ 5 x fclk

確定示波器帶寬的一個(gè)更準(zhǔn)確的方法是根據(jù)數(shù)字信號(hào)中存在的最高頻率，而不是最大時(shí)鐘速率。數(shù)字信號(hào)的最高頻率要看設(shè)計(jì)中較快的邊沿速度是多少。因此，我們首先要確定設(shè)計(jì)中較快的信號(hào)的上升和下降時(shí)間。這一信息通常可從設(shè)計(jì)中所用器件的公開(kāi)說(shuō)明書(shū)中獲取。

第一步：確定較快的邊沿速度

然后就可以利用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算信號(hào)的最大“實(shí)際”頻率成分。Howard W. Johnson博士就此題目寫(xiě)過(guò)一本書(shū)《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》。在書(shū)中，他將這一頻率成分稱(chēng)為“拐點(diǎn) ”頻率(fknee)。所有快速邊沿的頻譜中都包含無(wú)限多的頻率成分，但其中有一個(gè)拐點(diǎn)(或稱(chēng)“knee”)，高于該頻率的頻率成分對(duì)于確定信號(hào)的形狀就無(wú)關(guān)緊要了。

第二步：計(jì)算fknee

fknee = 0.5/RT (10% - 90%)

fknee = 0.4/RT (20% - 80%)

對(duì)于上升時(shí)間特性按照10% 到90%閥值定義的信號(hào)而言，拐點(diǎn)頻率fknee等于0.5除以信號(hào)的上升時(shí)間。對(duì)上升時(shí)間特性按照20% 到80%閥值定義的信號(hào)而言(如今的器件規(guī)范中通常采用這種定義方式)，fknee等于0.4除以信號(hào)的上升時(shí)間。但注意不要把此處的信號(hào)上升時(shí)間與示波器的上升時(shí)間規(guī)格混淆了，我們這里所說(shuō)的是實(shí)際的信號(hào)邊沿速度。

第三步就是根據(jù)測(cè)量上升時(shí)間和下降時(shí)間所需的精確程度來(lái)確定測(cè)量該信號(hào)所需的示波器帶寬。表1給出了對(duì)于具備高斯頻響或最大平坦頻響的示波器而言，在各種精度要求下需要的示波器帶寬與fknee的關(guān)系。但要記住的是，大多數(shù)帶寬規(guī)格在1 GHz及以下的示波器通常都是高斯頻響型的，而帶寬超過(guò)1 GHz的通常則為最大平坦頻響型的。

表1：根據(jù)需要的精度和示波器頻率響應(yīng)的類(lèi)型計(jì)算示波器所需帶寬的系數(shù)

第三步：計(jì)算示波器帶寬

下面我們通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子進(jìn)行講解：

對(duì)于在測(cè)量500ps上升時(shí)間(10-90%)時(shí)具有正確的高斯頻率響應(yīng)的示波器，確定其所需的最小帶寬

如果信號(hào)的上升/下降時(shí)間約為500ps(按10%到90%的標(biāo)準(zhǔn)定義)，那么該信號(hào)的最大實(shí)際頻率成分((fknee)就約為1 GHz。

fknee = (0.5/500ps) = 1 GHz

如果在進(jìn)行上升時(shí)間和下降時(shí)間參數(shù)測(cè)量時(shí)允許20%的定時(shí)誤差，那么帶寬為1 GHz的示波器就能滿(mǎn)足該數(shù)字測(cè)量應(yīng)用的要求。但如果要求定時(shí)精度在3％范圍內(nèi)，那么采用帶寬為2GHz的示波器更好。

20％定時(shí)精度：

示波器帶寬＝1.0x1GHz＝1.0GHz

3％定時(shí)精度：

示波器帶寬＝1.9x1GHz＝1.9GHz

下面我們將用幾個(gè)帶寬不同的示波器對(duì)與該例中的信號(hào)具備類(lèi)似特性的一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。

不同帶寬示波器對(duì)同一數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)量比較

圖3給出了利用Agilent 公司帶寬為100MHz的示波器 MSO6014A測(cè)量一個(gè)邊沿速度為500ps(從10%到90%)的100MHz數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)得到的波形結(jié)果。

從圖中可以看出，該示波器主要只通過(guò)了該時(shí)鐘信號(hào)的100MHz基本頻率成分，因此，時(shí)鐘信號(hào)顯示出來(lái)大約是正弦波的形狀。帶寬為100MHz的示波器對(duì)許多時(shí)鐘速率在10MHz 到 20MHz 范圍的基于MCU的8bit設(shè)計(jì)而言可能非常合適，但對(duì)于這里測(cè)量的100MHz的時(shí)鐘信號(hào)就明顯不夠了。

圖4給出了利用Agilent公司500MHz帶寬的示波器MSO6054A測(cè)量同一信號(hào)的結(jié)果。

從圖中可以看出，該示波器最高能捕捉到信號(hào)的5次諧波，這恰好滿(mǎn)足了我們?cè)谇懊娼o出的第一個(gè)經(jīng)驗(yàn)建議。但在我們測(cè)量上升時(shí)間時(shí)發(fā)現(xiàn)，用這臺(tái)示波器測(cè)量得到的上升時(shí)間約為750ps。在這種情況下，示波器對(duì)信號(hào)上升時(shí)間的測(cè)量就不是非常準(zhǔn)確，它得到的測(cè)量結(jié)果實(shí)際上很接近它自己的上升時(shí)間(700ps)，而不是輸入信號(hào)的上升時(shí)間(接近500ps)。這說(shuō)明，如果時(shí)序測(cè)量比較重要，那么我們就需要用更高帶寬的示波器才能滿(mǎn)足這一數(shù)字測(cè)量應(yīng)用的要求。

換用Agilent1-GHz帶寬的示波器MSO6104A之后，我們得到的信號(hào)圖像(見(jiàn)圖5)就更準(zhǔn)確了。

圖5

在示波器中選擇上升時(shí)間測(cè)量后，我們得到的測(cè)量結(jié)果約為550ps。這一測(cè)量結(jié)果的精度約為10%，已經(jīng)非常讓人滿(mǎn)意，尤其在需要考慮示波器資金投入的情況下。但有時(shí)，即便是1GHz帶寬示波器得到的這種測(cè)量結(jié)果也可能被認(rèn)為精度不夠。如果我們要求對(duì)這個(gè)邊沿速度在500ps的信號(hào)達(dá)到3%的邊沿速度測(cè)量精度，那么我們就需要2 GHz或更高帶寬的示波器，這一點(diǎn)我們?cè)谇懊娴睦又幸呀?jīng)提到。

換用2GHz帶寬的示波器之后，我們現(xiàn)在看到的(見(jiàn)圖6)就是比較精確的時(shí)鐘信號(hào)，上升時(shí)間測(cè)量結(jié)果約為495ps。

圖6

安捷倫Infiniium系列高帶寬示波器有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是帶寬可以升級(jí)。如果2 GHz帶寬對(duì)今天的應(yīng)用已經(jīng)足夠，那么您開(kāi)始可以只購(gòu)買(mǎi)入門(mén)級(jí)的2-GHz示波器，以后當(dāng)您需要更高的帶寬時(shí)，再將其逐步升級(jí)到13 GHz。

模擬應(yīng)用需要的示波器帶寬

多年之前，大多數(shù)示波器廠(chǎng)商就建議用戶(hù)在選擇示波器時(shí)，帶寬至少應(yīng)比最大信號(hào)頻率高3倍。盡管這一“3X”準(zhǔn)則并不適用于以時(shí)鐘速率為基礎(chǔ)的數(shù)字應(yīng)用，但它卻仍然適用于已調(diào)RF信號(hào)測(cè)量等模擬應(yīng)用。為了便于讀者理解這一三倍乘子的來(lái)歷，我們來(lái)看一個(gè)1GHz帶寬示波器的真正頻率響應(yīng)。

圖7所示為對(duì)Agilent1-GHz帶寬示波器MSO6104A的掃頻響應(yīng)測(cè)試(掃頻范圍20 MHz到 2 GHz)。

圖7

從圖中可以看出，恰好在1 GHz處，輸入信號(hào)衰減約為1.7 dB，這還遠(yuǎn)未超出定義示波器帶寬的-3 dB限。然而，要想精確測(cè)量模擬信號(hào)，我們只能利用示波器帶寬中衰減最小的相對(duì)平坦的那部分頻帶。對(duì)該示波器而言，在其1 GHz帶寬的大約三分之一處，輸入信號(hào)基本沒(méi)有衰減(衰減為0dB)。但并非所有示波器都具備這樣的頻響。

圖8所示的是對(duì)另一廠(chǎng)商的1.5-GHz帶寬示波器進(jìn)行掃頻響應(yīng)測(cè)試的結(jié)果。

圖8

這正是一個(gè)遠(yuǎn)非平坦頻響的例子。該示波器的頻響既不是高斯頻響也不是最大平坦頻響，反而更像“最大起伏”頻響，而且尖峰現(xiàn)象很?chē)?yán)重，這會(huì)導(dǎo)致波形嚴(yán)重失真，不論測(cè)量的是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)。不幸的是，示波器的帶寬規(guī)范(即輸入信號(hào)衰減為3dB的頻率)中對(duì)在其他頻率上的信號(hào)衰減或放大沒(méi)有任何規(guī)定。在這臺(tái)示波器上，即便是在示波器帶寬的五分之一處，信號(hào)也有大約1dB(10%)的衰減。因此，在這種情況下再根據(jù)3X準(zhǔn)則選擇示波器就很不明智了。所以，在挑選示波器時(shí)，可以是選擇著名廠(chǎng)商的產(chǎn)品，而且要密切注意示波器頻響的相對(duì)平坦度。
本文小結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)數(shù)字應(yīng)用而言，示波器帶寬至少應(yīng)比被測(cè)設(shè)計(jì)的較快時(shí)鐘速率快5倍。但在需要精確測(cè)量信號(hào)的邊沿速度時(shí)，則要根據(jù)信號(hào)的最大實(shí)際頻率成分來(lái)決定示波器帶寬。

對(duì)模擬應(yīng)用而言，示波器帶寬至少應(yīng)比被測(cè)設(shè)計(jì)中的模擬信號(hào)最高頻率高3倍，但這一經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則只適用于那些在低頻段上頻響相對(duì)平坦的示波器。

而且我們選擇示波器時(shí)也不能只顧眼前，不管將來(lái)。只要預(yù)算允許，在今天購(gòu)買(mǎi)稍?xún)?yōu)于應(yīng)用最低要求的示波器可能會(huì)在將來(lái)為您節(jié)約不少投資。

示波器探頭的類(lèi)型

　　示波器因?yàn)橛刑筋^的存在而擴(kuò)展了示波器的應(yīng)用范圍，使得示波器可以在線(xiàn)測(cè)試和分析被測(cè)電子電路：　　探頭的類(lèi)型　　示波器探頭大的方面可以分為：無(wú)源探頭和有源探頭兩大類(lèi)。無(wú)源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電?！　o(wú)源探頭細(xì)分如下：　　1、低阻電阻分壓探頭；　　2、帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o(wú)源探頭（常用的無(wú)源探頭）；　　3、高壓探頭　　有源探頭細(xì)分如下：　　1、單端有源探頭；　　2、差分探頭；　　3、電流探頭

標(biāo)簽: 示波器

示波器 示波器探頭的類(lèi)型_示波器

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