测量工具----示波器

示波器架构

数字示波器是由模拟电路与数字电路所组成的一个复杂链路，架构如图所示：

示波器系统带宽

• 定义：指一个逐渐升高频率的正弦输入信号显示幅度下降3dB(真实信号的70.7%)时的频率点
• 对信号测试的影响：足够的带宽，精确的复现波形；带宽不够，观察到失真的波形

示波器带宽的选择

• 1、根据测试目的寻找待测信号的最快上升时间：tr
• 2、计算信号带宽：BWsignal=0.5/tr
• 3、根据测试精度要求选择示波器带宽：BWscope

采样率

• 定义：示波器对输入信号进行A/D转换时采样时钟的频率
• 观察波形时，示波器的实际采样率可能远远低于标称的最大采样速率
• 实际采样率会受到时基的设置和存储深度的影响
• 采样率下降会造成示波器系统带宽的下降
• 系统带宽=Min(前端模拟带宽，采样速率/4)
• 采样率要大于所需带宽4倍以上：SRscope=4*BWscope

存储深度

• 定义：示波器单次采样所能采样的样点数目

波形捕获率

• 定义：示波器每秒钟能处理并显示波形的数目
• 死区时间：所有示波器都有死区时间，死区时间要比采集时间长很多，一般要高2-3个数量级

采集模式

• 平均模式：示波器会对多次采集结果进行平均以降低噪声并提高垂直分辨率，平局模式下示波器具有最好的去噪能力。但是，平均模式只适用于具有稳定触发的周期性信号
• 高分辨率模式：对同一采集内的顺序采样点进行平均，同时提高示波器的垂直分辨率
• 峰值检测模式：在同一采集内的顺序样点中只选择最大值和最小值，在示波器实时采样率不够时，常用该模式捕获罕见事件和毛刺

触发模式

• Auto模式：自动触发，当有符合触发条件的信号时，显示满足触发条件的信号，但是如果在规定时间内一直没有符合触发条件的信号，示波器也会显示不满足触发条件的信号
• Normal模式：标准模式，触发线路会一直的去等待符合触发条件的信号，当有符合触发条件的信号时，示波器会显示满足触发条件的信号并实时更新，如果都没有满足触发条件的信号，触发线路会一直等待
• Single模式：单次触发，示波器只要捕获到一次满足触发条件的信号即自动停止捕获
• Roll模式：滚动模式，连续不间断采集，无触发，无死区时间，波形始终从右往左滚动显示

触发模式的选择

触发的两个目的：1、稳定的显示波形；2、找到想要的波形

• 超慢速信号的测试或观察，用Roll模式
• 未知信号的观察，用Auto或者Roll模式
• 查看信号未知异常，用Auto模式
• 捕获已知异常信号，用Normal或者Single模式
• 非重复信号测试，用Single模式

触发类型

• 边沿触发
• 脉冲宽度
• 矮脉冲触发
• 上升下降时间触发
• 区域触发
• OR触发
• 协议触发：UART、IIC、SPI、CAN、USB等
• …

示波器的数学运算

• 加减乘除
• 积分
• FFT
• 微分
• 绝对值
• …

示波器探头

• 连接被测电路与示波器输入端的电子部件。把不同形式(电流，温度，光，湿度，压力)不同范围(高压，低压)的信号转化为一定范围的电压信号传递给示波器，是示波器测量环节中至关重要的一环，如图所示：
  
• 无源探头使用要点：
  1、探头校准，测量MOSFET Vds需注意
  2、探头衰减比，测量较小信号时，比如电压纹波，需注意
  3、地线长度，测量易被干扰的信号，如纹波、PWM、反馈信号，需注意
  4、探头共地
• 高压差分探头使用要点：
  1、供电标准
  2、探头带宽
  3、探头衰减比
  4、探头共模耐压
• 低压差分探头使用要点：
  1、探头动态范围
• 电流探头使用要点：
  1、探头锁
  2、探头归零和消磁

电源纹波的测试

• 电源纹波定义：在直流电压上的交流成分
• 测试设备：示波器，电源，电子负载
• 测试条件：不同输入电压，不同负载
• 常规要求：带宽限制，加10uF和0.1uF电容(加10uF电解电容是为了隔断直流成分，加0.1uF瓷片电容是为了滤掉高频干扰)

希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正

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