示波器基础系列之一——关于示波器带宽
带宽被称为示波器的第一指标，也是示波器最值钱的指标。示波器市场的划分常以带宽作为首要依据，工程师在选择示波器的时候，首先要确定的也是带宽。在销售过程中，关于带宽的故事也特别多。
通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽，也就是常说的-3dB截止频率点。此外，还有数字带宽，触发带宽的概念。
我们常说数字示波器有五大功能，即捕获（Capture），观察（View），测量(Measurment)，分析（Analyse）和归档（Document）。这五大功能组成的原理框图如图1所示。
图1，数字示波器的原理框图
捕获部分主要是由三颗芯片和一个电路组成，即放大器芯片，A/D芯片，存储器芯片和触发器电路，原理框图如下图2所示。被测信号首先经过探头和放大器及归一化后成ADC可以接收的电压范围，采样和保持电路按固定采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC将这些电平转化成数字的采样点，这些数字采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析处理。
图2，示波器捕获电路原理框图
示波器放大器的典型电路如图3所示。这个电路在模拟电路的教科书上处处可见。这种放大器可以等效为R C低通滤波器如图4所示。由此等效电路推导出输出电压和输入电压的关系，得出理想的幅频特性的波特图如图5所示。
图3，放大器的典型电路
图4，放大器的等效电路模型
至此，我们知道带宽f2即输出电压降低到输入电压70.7%时的频率点。根据放大器的等效模型，我们可进一步推导示波器的上升时间和带宽的关系式，即我们常提到的0.35的关系：上升时间=0.35/带宽，推导过程如下图6所示。需要说明的是，0.35是基于高斯响应的理论值，实际测量系统中这个数值往往介于0.35-0.45之间。在示波器的datasheet上都会标明“上升时间”指标。示波器测量出来的上升时间与真实的上升时间之间存在下面的关系式。在对快沿信号测试中，需要通过该关系式来修正实际被测信号的上升时间。
Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2+(tr probe)2
示波器前端放大器幅频特性的波特图是新示波器发布的“出生证”。示波器每年需要进行校准，波特图是第一需要校准的数据。示波器波特图的测量方法如图7所示。信号源从10MHz频率开始逐渐递增发送一定幅值的正弦波送到功分器，功分器将输入的信号能量等分为二后通过等长的线缆分别送到示波器和功率计。功分器和线缆是无源器件，可以严格定标，信号源本身的幅频特性不可以作为定标仪器，需要通过功率计实测的能量来作为示波器的输入幅值的定标值。有时候客户会对示波器的波特图很感兴趣，直接用信号源连接到示波器来评估示波器的波特图，在带宽超过1GHz时这种方法是很不严谨的。需要用功率计来作为定标工具！ 2006年二月份的EDN杂志中有文章介绍.http://ww https://www.doczj.com/doc/899455377.html,/article/CA6305348.html#Calibrating
此外，在计量波特图时需要对示波器每个档位都进行计量,最终产生的波特图是所有档位的结果叠加在一起的。波特图的计量是需要半天时间完成的，并不是想象中那么轻松的工作。如图8所示是力科SDA9000的波特图,我特地将Excel中大量数据显示给大家以使大家对校准的严谨性有深刻认识。其垂直轴是-1dB/div, 叠加了10mv/div、20mv/div、50mv/div、200mv/div、500mv/div、1v/div等档位的测试结果。很多时候，我们的竞争对手会把他们的波特图画成-10dB/div、只有一个档位的测试结果拿给客户，并和力科提供的这种-1dB/div、各种档位叠在一起显示的结果放在一起进行对比，然后他们告诉客户，他们的波特图更平坦，更干净，甚至将力科波特图上面密密麻麻的点说成是“噪音”大。这是有点贻笑天下的。竞争对手敢于一再采用这种做法，这是假设中国的工程师都没有辨别力，独立思考能力，是对工程师严重不尊重的公然欺骗行为。希望能引起大家注意。
图7，示波器波特图的计量方法
图8，示波器实际的波特图真相
关于带宽的更深入讨论，我们需要谈到示波器前端放大器幅频特性的平坦度和滚降特性。的一篇技术白皮书中对此有非常详细的解释。https://www.doczj.com/doc/899455377.html,/tm/Library/WhitePapers/PDF/E ye_Patterns_in_Scopes-designcon_2005.pdf (这份白皮书的第一作者Peter是DSP提升带宽，Ey e Dcotor和DBI等原创技术的发明者)
我们知道，带宽的限制对信号的捕获会带来下面的影响：1，使被测信号的上升沿变缓。2，使信号的频率分量减少。3，使信号的相位失真。那么，“对于5MHz的时钟信号，需要用多少带宽的示波器来测量？”这是我在培训时常问的一个问题。我很少能得到令我满意的答案，很少有工程师反问我：“这5MHz的时钟信号是方波还是正弦波，如果是方波，其上升时间是多少？”我常得到的回答是，“100MHz带宽就足够了，示波器带宽通常是被测信号频率的3-5倍，100MHz余量很大了。”图13显示了5MHz的方波信号在不同带宽时测试出的波形。其中，M1和M2是分别在6G Hz和1GHz时波形，C3是带宽限制到200MHz的测试结果。图14显示在带宽限制到200MHz时测量出的5MHz的上升时间均值为本1.70357ns，而图15显示的是在6GHz带宽时的上升时间为873.87ps。这表明，对于 5MHz的时钟，因为其上升时间比较快，最好用1GHz以上带宽的示波器来测量其上升时间，200MHz时其上升沿变缓; 1GHz带宽和6GHz带宽对于测试800ps的上升时间结果几乎一样。
图13，5MHz时钟信号在6GHz、1GHz和200MHz等不同带宽时的测试波形对比
图14，带宽限制到200MHz时测量5MHz时钟上升时间
图15，6GHz带宽时测量5MHz时钟上升时间
对于USB2.0信号的测试，需要多少带宽？对于PCI-E G2信号的测试需要多少带宽？对于电源测试，需要多少带宽？对于1000Base-T信号的测试，需要多少带宽？对于10Gbps的背板测试，需要多少带宽？……我们常要回答这些问题。下面的三条规则就是我们的回答。
1，首先取决于您需要测试的信号类型及您希望的测试准确度。
2，对方波信号，最重要的因素是上升时间。任何一方波信号都可以通过傅立叶变换分解成N次的谐
波能量之和。N等于多少时，被测信号的能量就接近为零？这取决于上升时间！这在Peter的白皮书中也有非常详细讨论。
3，对串行数据信号而言，数据比特率和上升时间是最重要的两个因素。有一个非常好的评估准则是：
示波器的带宽 > 1.8 X信号比特率. 在这个准则下，如果被测信号的上升时间>20%UI,那么1.8关系的带宽能捕获信号能量的99%. 下面的图表给出了不同的上升时间和带宽之间的关系。
基于上面的原则，我们就很好理解为什么有些客户会用6GHz的示波器测试100MHz的时钟，但又用6GHz的示波器测试3.125Gbps 的XAUI信号。请大家忘记所谓的3-5倍这个关系，太不严谨的表达了！
关于带宽，我常喜欢讲下面这个故事：
大家知道，对于USB2.0一致性测试，USB-IF规范一开始要求的带宽是4GHz的示波器，因为那时候是只有一家示波器公司先发布这个测试软件包。所以那时候 USB2.0很火的时候，这家公司的4 GHz示波器很火，但等到其他两家的USB2.0都发布的时候，USB-IF把这个规范标准降为2.5GHz的示波器，但等到另外一个非主流的第四家示波器厂商也搞出USB2.0的软件包的时候，USB-IF把这家1.
5GHz带宽的示波器也认了。这其实只是说明了这家公司的公关能力蛮强的，也说明国外的权威标准组织也是讲政治的。对于USB2.0信号的测试，多少带宽的示波器的合适的呢？如果您有钱投资，买4GHz或6GHz当然更好，低频段幅频特性的平坦度总会好些嘛。但我们是需要做负责任的投资的，仅仅为测试USB.20而购买4GHz以上的示波器毕竟是对公司很不负责任的投资。我们知道，USB2.0 high speed的信号速率是480Mbps，1UI大约等于2ns，20%UI大约等于400ps，USB上升时间最小值是500ps。对于USB芯片管脚的信号，其上升时间可能为500ps，对于系统级应用，示波器测试到的USB2.0的high speed信号通常都是从USB芯片输出管脚经过了一段PCB走线和一段USB连接线，示波器测试出来的上升时间很多时候都超过了1ns! 图13的例子已清楚表明对于800ps上升时间，1GH z和6GHz带宽测量结果几乎是完全一致。因此，用1GHz的示波器就可以满足系统级应用中USB2.
0 high speed的测试。但我们不太愿意推荐1GHz的示波器用于USB2.0 high speed的测试，因为U SB-IF规范上并没有这样推荐，我们很难去说明工程师接受不符合规范的带宽。我们在测试某品牌台式机USB端口时，将带宽设为4GHz和1GHz时的上升时间对比，只相差30ps左右。我用的连接电脑和夹具之间的连接线很短，只有十几厘米，如果用长的USB线缆，上升时间更大。
示波器基础系列之二——示波器的采样率和存储深度
带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三大关键指标。相对于工程师们对示波器带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的选型、评估和测试中为大家所忽视。这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存储深度这两个指标的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的权衡方法，树立正确的使用示波器的观念。
在开始了解采样和存储的相关概念前，我们先回顾一下数字存储示波器的工作原理。
输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，以提高示波器的灵敏度和动态范围。放大器输出的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入存储器中，微处理器对存储器中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上。这就是数字存储示波器的工作过程。
采样、采样速率
我们知道，计算机只能处理离散的数字信号。在模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化（模/数转化）问题。一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样（sampling）。连续信号必须经过采样和量化才能被计算机处理，因此，采样是数字示波器作波形运算和分析的基础。通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进制代码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。采样电压之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。采样率（sampling rate）就是采样时间间隔。比如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。
图2示波器的采样
根据Nyquist采样定理，当对一个最高频率为f的带限信号进行采样时，采样频率SF必须大于f的两倍以上才能确保从采样值完全重构原来的信号。这里，f称为Nyquist频率，2 f为Nyq
uist采样率。对于正弦波，每个周期至少需要两次以上的采样才能保证数字化后的脉冲序列能较为准确的还原原始波形。如果采样率低于Nyquist采样率则会导致混叠（Aliasing）现象。
图3采样率SF<2 f，混叠失真
图4和图5显示的波形看上去非常相似，但是频率测量的结果却相差很大，究竟哪一个是正确的？仔细观察我们会发现图4中触发位置和触发电平没有对应起来，而且采样率只有250MS/s，图5中使
用了20GS/s的采样率，可以确定，图4显示的波形欺骗了我们，这即是一例采样率过低导致的混叠（Aliasing）给我们造成的假象。
因此在实际测量中，对于较高频的信号，工程师的眼睛应该时刻盯着示波器的采样率，防止混叠的风险。我们建议工程师在开始测量前先固定示波器的采样率，这样就避免了欠采样。力科示波器的时基（Time Base）菜单里提供了这个选项，可以方便的设置。
由Nyquist定理我们知道对于最大采样率为10GS/s的示波器，可以测到的最高频率为5GHz，即采样率的一半，这就是示波器的数字带宽，而这个带宽是DSO的上限频率，实际带宽是不可能达到这个值的，数字带宽是从理论上推导出来的，是DSO带宽的理论值。与我们经常提到的示波器带宽（模拟带宽）是完全不同的两个概念。
那么在实际的数字存储示波器，对特定的带宽，采样率到底选取多大？通常还与示波器所采用的采样模式有关。
采样模式
当信号进入DSO后，所有的输入信号在对其进行A/D转化前都需要采样，采样技术大体上分为两类：实时模式和等效时间模式。
实时采样（real-time sampling）模式用来捕获非重复性或单次信号，使用固定的时间间隔进行采样。触发一次后，示波器对电压进行连续采样，然后根据采样点重建信号波形。
等效时间采样（equivalent-time sampling），是对周期性波形在不同的周期中进行采样，然后将采样点拼接起来重建波形，为了得到足够多的采样点，需要多次触发。等效时间采样又包括顺序采样和随机重复采样两种。使用等效时间采样模式必须满足两个前提条件：1.波形必须是重复的；2.必须能稳定触发。
实时采样模式下示波器的带宽取决于A/D转化器的最高采样速率和所采用的内插算法。即示波器的实时带宽与DSO采用的A/D和内插算法有关。
这里又提到一个实时带宽的概念，实时带宽也称为有效存储带宽，是数字存储示波器采用实时采样方式时所具有的带宽。这么多带宽的概念可能已经看得大家要抓狂了，在此总结一下：DSO的带宽分为模拟带宽和存储带宽。通常我们常说的带宽都是指示波器的模拟带宽，即一般在示波器面板上标称的带宽。而存储带宽也就是根据Nyquist定理计算出来的理论上的数字带宽，这只是个理论值。
通常我们用有效存储带宽（BWa）来表征DSO的实际带宽,其定义为：BWa=最高采样速率/ k，最高采样速率对于单次信号来说指其最高实时采样速率，即A/D转化器的最高速率；对于重复信号来说指最高等效采样速率。K称为带宽因子，取决于DSO采用的内插算法。DSO采用的内插算法一般有线性（linear）插值和正弦（sinx/x）插值两种。K在用线性插值时约为10，用正弦内插约为2.5，而k=2.5只适于重现正弦波，对于脉冲波，一般取k=4,此时，具有1GS/s采样率的DSO的有效存储带宽为250MHz。
图6不同插值方式的波形显示
内插与最高采样率之间的理论关系并非本文讨论的重点。我们只须了解以下结论：在使用正弦插值法时，为了准确再显信号，示波器的采样速率至少需为信号最高频率成分的2.5倍。使用线性插值法时，示波器的采样速率应至少是信号最高频率成分的10倍。这也解释了示波器用于实时采样时，为什么最大采样率通常是其额定模拟带宽的四倍或以上。
在谈完采样率后，还有一个与DSO的A/D密切相关的概念，就是示波器的垂直分辨率。垂直分辨率决定了DSO所能分辨的最小电压增量，通常用A/D的位数n表示。前面我们提到现在DSO的A/D 转换器都是8位编码的，那么示波器的最小量化单位就是1/256，（2的8次方），即0.391%。了解这一点是非常重要的，对于电压的幅值测量，如果你示波器当前的垂直刻度设置成1v/div的档位，那意味着你的测量值有8V*0.391%=31.25mV以内的误差是正常的！！！因为小于31.25mV的电压示波器在该档位下已经分辨不出来了，如果只用了4位，那测出来的误差更惊人！所以建议大家在测量波形时，尽可能调整波形让其充满整个屏幕，充分利用8位的分辨率。我们经常听到有工程师抱怨示波器测不准他的电压或者说测量结果不一致，其实大多数情况是工程师还没有理解示波器的垂直分辨率对测量结果的影响。这里顺便提一下，关于示波器的测量精度问题，必须澄清一点——示波器本身就不是计量的仪器！！！它是“工程师的眼睛”，帮助你更深入的了解你的电路的特征。做个广告：经常做电源测量或者纹波测量，或者想深入了解示波器量化误差的工程师，大家可以参考我的同事F rankie博客的一片文章《示波器不是垂直量的计量工具》https://www.doczj.com/doc/899455377.html,/s/blog_521262a301009 ryp.html
图7是用模拟带宽为1GHz的示波器测量上升时间为1ns的脉冲，在不同采样率下测量结果的比较，可以看出：超过带宽5倍以上的采样率提供了良好的测量精度。进一步，根据我们的经验，建议工程师在测量脉冲波时，保证上升沿有5个以上采样点，这样既确保了波形不失真，也提高了测量精度。
图7采样率与带宽的关系
图8采样率过低导致波形失真
提到采样率就不能不提存储深度。对DSO而言，这两个参量是密切相关的。
存储、存储深度
把经过A/D数字化后的八位二进制波形信息存储到示波器的高速CMOS存储器中，就是示波器的存储，这个过程是“写过程”。存储器的容量（存储深度）是很重要的。对于DSO，其最大存储深度是一定的，但是在实际测试中所使用的存储长度却是可变的。
在存储深度一定的情况下，存储速度越快，存储时间就越短，他们之间是一个反比关系。存储速度等效于采样率，存储时间等效于采样时间，采样时间由示波器的显示窗口所代表的时间决定，所以：存储深度＝采样率×采样时间（距离=速度×时间）
力科示波器的时基（Time Base）标签即直观的显示了这三者之间的关系，如图9所示
图9 存储深度、采样率、采样时间（时基）的关系
由于DSO的水平刻度分为10格，每格的所代表的时间长度即为时基（time base）,单位是t/div,所以采样时间＝time base×10.由以上关系式我们知道，提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率：当要测量较长时间的波形时，由于存储深度是固定的，所以只能降低采样率来达到，但这样势必造成波形质量的下降；如果增大存储深度，则可以以更高的采样率来测量，以获取不失真的波形。图10的曲线充分揭示了采样率、存储深度、采样时间三者的关系及存储深度对示波器实际采样率的影响。比如，当时基选择10us/div档位时，整个示波器窗口的采样时间是10us/div * 10格= 100us，在1Mpts的存储深度下，当前的实际采样率为：1M÷100us=10Gs/s，如果存储深度只有250 K，那当前的实际采样率就只要2.5GS/s了！
图10存储深度决定了实际采样率的大小
一句话，存储深度决定了DSO同时分析高频和低频现象的能力，包括低速信号的高频噪声和高速信号的低频调制。
在谈完采样率和存储深度这两个指标的相关理论后，接下来结合常见的应用，我们一起更深入的了解一下这两个参数对我们实际测试的影响。
电源测量中长存储的重要性
由于功率电子的频率相对较低（大部分小于1MHz），对于习惯于用高带宽示波器做高速信号测量的工程师来说，往往有一种错觉，电源测量可能很简单，事实是对于电源测量应用中的示波器选择不少工程师犯了错误，虽然500MHz的示波器带宽相对于几百KHz的电源开关频率来说已经足够，但很多时候我们却忽略了对采样率和存储深度的选择。比如说在常见的开关电源的测试中，电压开关的频率一般在200KHz或者更快，由于开关信号中经常存在着工频调制，工程师需要捕获工频信号的四分之一周期或者半周期，甚至是多个周期。开关信号的上升时间约为100ns，我们建议为保证精确的重建波形需要在信号的上升沿上有5个以上的采样点，即采样率至少为5/100ns=50MS/s，也就是两个采样点之间的时间间隔要小于100/5=20ns，对于至少捕获一个工频周期的要求，意味着我们需
要捕获一段20ms长的波形，这样我们可以计算出来示波器每通道所需的存储深度=20ms/20ns=1M pts ！！！同样，在分析电源上电的软启动过程中功率器件承受的电压应力的最大值则需要捕获整个上电过程（十几毫秒），所需要的示波器采样率和存储深度甚至更高！
很遗憾的是我经常看到有工程师用一台每通道仅有10K存储深度的示波器进行上面的电源测试！！！由此而愈发的感觉到作为示波器厂商有必要付出更多的精力和时间帮助工程师们建立使用示波器的正确观念。这也是我们深圳office写系列文章的初衷。
存储深度对FFT结果的影响
在DSO中，通过快速傅立叶变换（FFT）可以得到信号的频谱，进而在频域对一个信号进行分析。如电源谐波的测量需要用FFT来观察频谱，在高速串行数据的测量中也经常用FFT来分析导致系统失效的噪声和干扰。对于FFT运算来说，示波器可用的采集内存的总量将决定可以观察信号成分的最大范围（奈奎斯特频率），同时存储深度也决定了频率分辨率△f。如果奈奎斯特频率为500 MHz，分辨率为10 kHz，考虑一下确定观察窗的长度和采集缓冲区的大小。若要获得10kHz 的分辨率，则采集时间至少为：T = 1/△f = 1/10 kHz = 100 ms，对于具有100 kB 存储器的数字示波器，可以分析的最高频率为：
△f ×N/2 = 10 kHz ×100 kB/2 = 500 MHz
图11 示波器的FFT运算
在图12所示的例子中，266 MHz信号受到来自30 kHz噪声源的捡拾噪声的影响。FFT (下方的轨迹)显示了以266 MHz为中间、相距30 kHz的一系列峰值。这种失真十分常见，可能是由于开关式电源、DC-DC转换器或其它来源的串扰导致的。它也可能是由故意使用扩频时钟导致的。
图12 力科示波器的FFT分析
对于DSO来说，长存储能产生更好的FFT结果，既增加了频率分辨率又提高了信号对噪声的比率。另外，针对某些应用，一些非常细节的信息需要在20Mpts的存储深度下才能分析出来，如图13、1 4所示
图13 1M点的FFT结果无法了解有关调制的信息
图14 20M点的FFT清晰的确认了时钟的双峰分布及相关调制规律
需要指出的是，对于长波形的FFT分析需要示波器超强的数据处理能力，这往往超出了某些示波器的运算极限。力科示波器最大可以做25M点的FFT，业内T公司的示波器最大则只能做3.125M 点的FFT分析。
高速串行信号分析需要真正意义的长存储
抖动分析和眼图测试已成为分析高速串行链路的重要手段，也成为评估高端示波器的重要参考。
当使用示波器进行抖动测试时，高速采集内存长度是示波器进行抖动测试的关键指标。高速内存长度不仅决定了一次抖动测试中样本数的多少，还决定了示波器能够测试的抖动频率范围。这是因为所有的抖动都具有不同的频率分量，其通常从DC直流到高频部分。示波器单次采集时间窗口的倒数即表明了抖动测试的频律范围。例如，你用一个具有20G 采样/秒(S/s)的采样率和1M采样内存的示波器捕获一个2.5Gbps 信号，那么你的示波器屏幕上就能捕捉到50 微秒长的一段波形，意味着你能捕获到一个频率为20kHz的低频抖动周期。同样的，对于20GS/s采样率100M存储深度（如力科的SDA6000AXXL），则可以捕获到200Hz的低频抖动周期。
而传统示波器设计时采用将高速采集前端(多达80颗ADC)和高速内存在物理上用一颗SoC芯片实现，由于有太多功能在一个芯片内部，导致片内高速内存容量的限制(在40GS/s下一般小于2M)，只能测量到20KHz以上的抖动，并且当需要测试低频抖动时，无法对内存扩展升级。对于大多数应用，测试和分析200Hz到20KHz范围内的抖动信息非常重要。为了弥补这种设计结构的缺陷，这类示波器会采用外部的低速存储器弥补片内高速内存，但外部存储器不能在高采样率下工作，一般只能提供2GS/s，无法提供有意义的抖动测试结果。例如，当使用40GS/s实时高速采集时，512K内存一次采集数据量仅为12.5us，只能测试频率范围为80K以上的抖动。在各种串行总线和时钟抖动测试中都很难满足测试要求。
在眼图测试中，由于力科率先采用的软件时钟恢复（CDR）技术已成为行业标准，在高速串行总线大行其道的今天，需要示波器有更强的数据处理能力对大量的数据样本做实时的眼图分析。比如，对PCIE-G2等眼图分析都需要一次对1百万个UI的数据进行测量，并非所有厂商的示波器都能像力科示波器一样能对所有捕获到的数据样本做实时的、动态的眼图测量。
图19 力科示波器对一次性捕获到的494.046K数据做眼图的结果
示波器基础系列之三——关于示波器的触发功能
( 编者按: 残奥会闭幕了，但没有太多人关心，人们在关心“风暴”——世界上最发达的国家的金融风暴，世界上人口最多的国家的奶粉风暴。“你喝过三鹿奶粉了吗？”中国的每一个父母都对自己的子女的作为个体异常地关心呵护，但这些家长本身作为个体成为社会系统的一分子的时候，不知道为什么这个社会系统集体性地缺少了社会责任感。23家的奶粉全部有问题，但国外品牌一家都没有问题。天啊，中国人真的那么丑陋吗？
天下兴亡，匹夫有责。但除了关心点天下大事之外，我每天还是继续着实现我的职业使命——让中国的工程师用上世界上最好的示波器！这种使命感让我有动力在周末的清晨敲打键盘完成本周的文章。
我们都知道，心里想的和嘴上说的总是有差距，想表达出自己想的是每个人一辈子的功课。将嘴上说变成纸上写的又是一个升级过程。“写下来”是帮助我们准确深入理解某些概念的一种训练，在学生时代我们常要接受这样的训练。
这周我要分享的话题是关于示波器的触发功能。我很早就有写这样的文章的想法了，但因为说和写的差距，我常讲触发但写下来并不容易，今天终于完成了上篇。这是针对初学者的，很多已了解示波器的工程师不需要阅读此文了。我对我的表达的准确性和方式很是惶恐，总觉得没有写好，上周日就写了初稿，上周一就发给同事寻求修改意见，今天又做了适当修改。如果大家有什么修改意见请
给我反馈，我希望以后初学者读完此文就完全明白了触发是什么概念，不再只会Auto Setup了。希望通过大家的集思广益来帮我完成这个想法。请记住，分享是快乐的。
上篇中我们谈到了触发的一些基本概念。下篇我们首先总结下触发功能的含义，然后对各种触发方式做简单解
释。触发功能：示波器的触发功能主要有两点，第一，隔离感兴趣的事件。第二，同步波形，或者说稳定显示波形。隔离感兴趣的事件，就是在触发点处隔离的事件是满足触发条件的信号。如下图所示，在触发点隔离的事件是总小于47.5ns或大于52ns的脉宽，该脉宽的计算是以触发电平穿越触发点处的脉宽波形的交叉点处的时间间隔。
图一触发的首要功能是隔离感兴趣的事件同步波形，就是找到一种触发方式使波形不再“晃动”，也就是找出信号的规律性来同步信号。如图二所示的信号，每组数据包里有四个脉冲，这四个脉冲并不是等时间间隔的，如果用上
图二同步信号使波形能稳定显示升沿触发，则波形不能同步，视觉上在“晃动”，但是每组数据包是等时间间隔到来的，如果以每组数据包的第一个脉冲的上升沿作为触发源，则能稳定显示波形。因此可以用边沿延迟触发，在前一个上升沿到来之后，延迟一段时间再触发下一个上升沿，在上例中需要延迟的时间为标识的蓝色的时间间隔部分。下面我们来逐一解释各种触发方式。边沿触发（Edge）：边沿触发是最常用最简单最有效的触发方式，绝大多数的应用都只是用边沿触发来触发波形。边沿触发仅是甄测信号的边沿、极性和电平。当被测信号的电平变化方向与设定相同(上升沿或下降沿)，其值变化到与触发电平相同时，示波器被触发，并捕捉波形。如图三所示，在触发点停留的总是上升沿。上升沿在上升的过程中如果能达到触发电平的高度就被触发，否则在Normal模式下示波器上的波形静止不动，示意波器的
右下角提示“waiting for triggering”
示波器探头基础知识 示波器探头原理---示波器探头工作原理 示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。 我们将首先集中讨论通用无源探头，说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响，接着简单介绍几种专用探头及其附近。 屏蔽 示波器探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现，如果我们仅仅使用一普通导线来代替探头，那么它的作用就好象是一根天线，可以从无线电台、荧光灯，电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号，这类噪声甚至还能注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆，示波器探头的屏蔽电缆通过探头尖端的接地线和被测电路连接，从而保证了很好的屏蔽。 一．探头构造图：
4. 一个探头，就算它只是简单的一条电线，它也可能是一个很复杂的电路。a）对于DC 信号( 0 Hz 频率)，探头作为一对导线与一系列电阻，就向一个终端电阻一样。 b) AC 信号的特性变化是因为：电线具有分布电感(L)，电线具有分布电容(C)。分布电感反作用于AC信号，在信号频率增加时，阻止AC信号通过。分布电容反作用于AC信号，在信号频率增加时，减小 AC信号电流通过的阻抗。这些反作用元件(L 和 C )的交互作用，与电阻元件(R)一起，成为随信号频率不同而变化的探头阻抗。
数字示波器基础知识 耦合 耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。 DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。因此信号提供直接的连接通路。因此信号的所有分量（AC 和：DC）都会影响示波器的波形显示。 AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容。这样，信号的DC分量就被阻断，而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率。示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。 和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时，输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。当选择接地时，在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。 输入阻抗 多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。 有些信号来自50Ω输出阻抗的源。为了准确的测量这些信号并避免发生失真，必须对这些信号进行正确的传送和端接。这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接。某些示波器，如PM3094和PM3394A，内部装有一个50Ω的负载，提供一种用户可选择的功能。为避免误操作，选择此功能时需经再次确认。由于同样的理由，50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。 相加和反向 简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义。然百，把两个有关信号之一反向，再将二者相加，实际上就实现了两个信号的相减。这对于消除共模干扰（即交流声），或者进行差分测量都是非常有用的。 从一个系统的输出信号中减去输入信号，再进行适当的比例变换，就可以测出被测系统引起的失真。 由于很多电子系统本身就具有反向的特性，这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减。 带宽
示波器基础使用说明和功能详细讲解 2009/7/30/10:56 来源：慧聪教育网 【慧聪教育网】示波器基础使用说明和功能 说明和功能 我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。 普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测 量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。 示波器和电压表之间的主要区别是： 1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。 2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。 显示系统 示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。 图1阴极射线管图 电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。 在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。 如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫
示波器探头基础系列之一《示波器探头浅谈之无源探头》 作为一名专业的硬件设计及测试工程师，我们每天都在使用各种不同的数 字示波器进行相关电气信号量的量测。与这些示波器相配的探头种类也非常多，包括无源探头(包括高压探头，传输线探头)、有源探头（包括有源单端探头、 有源差分探头等），电流探头、光探头等。每种探头各有其优缺点，因而各有 其适用的场合。其中，有源探头因具有带宽高，输入电容小，地环路小等优点 从而被广泛使用在高速数字量测领域，但有源探头的价位高，动态范围小，静 电敏感，校准麻烦，因此，每个工程师使用示波器的入门级探头通常是无源探头。最常见的500Mhz 的无源电压探头适用于一般的电路测量和快速诊断，可 以满足大多数的低速数字信号、TV、电源和其它的一些典型的示波器应用。本文我们将集中讨论无源电压探头的模型和参数设定以及使用校准原理。一、10 倍无源探头的模型以及输入负载设定图1.探头原理图图1 是工程师常用的10 倍无源电压探头的原理图，其中，Rp (9 MΩ)和Cp 位于探头尖端内，Rp 为探头输入阻抗, Cp 为探头输入电容, R1 (1 MΩ)表示示波器的输入阻抗，C1 表示示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿箱电容的组合值。为了精确地测量，两个RC 时间常量（RpCp 和R1C1）必须相等；任何不平衡都会带来测量波形的失真,从来引起使一些参数如上升时间、幅度的测量结果不准确。因此，在测量前需要校准示波器的探头的工作以保证测量结果的 准确性。从探头的信号模型我们可以分析，对于信号的DC 量测，输入容性Cp 和C1 等效为开路。信号通过Rp 和R1 进行分压，最终示波器的输入为：Vout=[R1/Rp+R1]*Vin=1/10* Vin 示波器输入信号衰减为待测输入信号的1/10。对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的影响会大于阻抗。例如，一个
示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。 【实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 图1-1 示波器结构图 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 1．示波管的基本结构
示波管的基本结构如图1-2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以， H-灯丝；K-阴极；G1，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板 图1-2 示波管结构图 第一阳极也称聚集阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚集”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚集”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。2．波形显示原理
示波器基础（一）——示波器基础知识之一1．1 说明和功能 我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。 普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。 示波器和电压表之间的主要区别是： 1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。 2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。 显示系统 示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。
图1 阴极射线管图 电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。 在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。 如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长，约为300ms，这对于观察较慢的信号非常有用。P31材料发射绿光，而P7材料发光的颜色为黄绿色。 将输入信号加到Y轴偏转板上，而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。 影响屏幕的控制机构有：
课题研究报告 示波器探头补偿 学院：信息工程学院班级：电子 10-1 班姓名：学号：201010203008 201010203009 201010203012 完成时间：2011年12月26日
示波器探头补偿 ——讨论探头中串联的RC并联电路参数对测量结果的影响 课题背景 示波器探头不仅仅是把待测信号引入示波器输入端的一端导线，而且是测量系统的的重要组成部分。探头有很多种类型，以适应各种不同的专门工作需要。其中一类为有源探头，探头内包含有源电子元件，具有放大能力；不含有源原件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。为了有效抑制外界干扰信号，示波器探头通过屏蔽电缆与示波器输入连接，如图所示 当被测信号频率很高时，上图中与探头相连的屏蔽电缆的电容就不能忽略，探头的容性负载效应就非常明显，有可能导致探头在高频下无法使用。为此，可以在探头中增加一个和示波器输入端电路模型相串联的ＲＣ并联电路，以减小探头的容性负载效应，如下图所示，其中Ｃｉ为探头电缆的电容和示波器输入电路模型中电容合并后的等效电容。Rcmp和Ccmp分别为补偿电阻和补偿电容。
通过课题背景，我们知道在使用示波器时，当被测信号频率很高时，，探头的容性负载效应就会明显，导致探头在高频下无法使用。所以在探头中增加一个串联的ＲＣ并联电路，来减小探头的容性负载效应。 结合所学知识，电容具有通高频阻低频的性质，当低频信号通过时，电容对其阻碍作用非常明显，探头的负载主要是阻抗作用，所以容性负载效应不明显。当电路通有高频信号时，探头的负载主要是容抗作用，从而电路中容性负载效应很大，致使被测电路的信号发生变化，所以就不能准确地进行波形测量。为了减轻探头对被测电路的负载作用，应选择高阻抗、低容抗的探头。 当通有高频信号时，我们需要对其进行衰减，使得电路中容性负载效应减小，保证测量结果的准确性。 为此我们有了如下研究想法：示波器探头补偿电路可以简化为一个简单的RC串并联电路，用一标准示波器对电路信号进行检测，因为任何的不平衡将会带来波形的失真，通过改变ＲＣ电路的相关参数来观察波形的变化，从而来确定ＲＣ的哪些参数对测量结果的影响。再结合一阶电路时域分析中电路的零状态响应和全响应方面的知识，进行理论上的具体分析。
课题：示波器的使用教学目标：1. 了解示波器控制面板各功能区的功能； 2. 3. 教学重点： 掌握示波器对波形，幅度，周期，等基本参数的测量方法及读数；掌握带电测量的注意事项。 1. 掌握示波器的测量方法及读数； 2. 教学难点： 掌握带电测量的注意事项； 1. 掌握示波器的测量方法； 2. 教学用具： 带电测量的注意事项。 1. 单、双通道模拟示波器 2. 数字示波器电视机若干台 4. 教学方法： 螺丝刀等工具 讲述，操作示范，学生操作 教学过程 引入：随着电子技术的发展，家电产品的品种，档次，智能化水平越来越高，通信技术，计算机技术，集成电路，数字电路使用越来越多，对电子技术的测式提出了更高的挑战，而万用表只能适于电路简单的的场合，所以我们需要使用仪表进行检修，比如示波器，今天我们就一起来学习示波器的使用入门。 ．示波器的分类跟椐输入通道分： 1.单通道示波器 2.双通道示波器跟椐示波器工作原理分1. 数字示波器2. 模拟示波器 ．示波器控制面板介绍 1. 触发系统TRIGGER Level: 改变触发电平，可以在屏幕上看到触发标志来指示触发电平的数值相应变化。Trigmenu: 改变触发设置 F1 边沿触发 F2 触发源CH1，CH2 F3 边沿斜率上升 F4 触发方式自动 F5 触发耦合为交流 SETtozero: 居中 FORC：E 强制产生一触发信号，正常或者单次模式 2. 水平系统Horizontal
Position 控制信号的触发移位 Hori Menu 显示 Zoom 菜单， F3 扩展 F1 关闭还设置触发释抑时间( multl purpose). Scale 改变水平时基本档位设置 S/DIV 3. 垂直系统 VERTICAL Position 垂直移动 Math 标志 Scale Volts/Div 改变垂直挡位设置 ， CH2 对应通道开关 屏幕拷贝功能键 多用途旋钮控制器 自动测量 设置采样方式 存储和调出 运行控制 , 暂停 光标测量 设置显示方式 辅助系统设置 使用执行按钮 USB-OT 徳口 使用自动设置 1. 调整好探头倍率 表笔1X , 10X CH1 , CH2可以调整 自动设置垂直偏转系数，扫描时基，以及触发方式 Measure 自动测量 F1 进入测量种类选择菜单 F2 选择通道 F3 选择电压种类 F4 时间 F5 显示所有参数 实验： 1. 测量示波器自带的信号源，使用自动模式进行操作并读出频率，周期，平均值，幅度，最 大值，最小值。 + 2.. 使用自动模式加手动模式进行操场作，测量市电的波型，频率等参数。在测式过程中注 意用电操作安全！ ！！！ 3.. 测量电视机行管基极输出电压波形，周期，平均值，幅度，最大值，最小值。在测式过 程中注意用电操作安全！ ! ! 5. 功能键 Prtsc Multi purpose Measure Acquire Storage Run/Stop Cursor Display Utility
示波器探头基础系列之五 ——示波器探头使用指南 美国力科公司 概述： 本文旨在帮助读者对常用的示波器探头建立一个基本认识。此外，我们通过一系列的例子说明探头的不正确使用如何影响测量的结果。 理解探测问题 注意!连接示波器和待测物会给被测波形带来失真。 示波器上应该贴上上面类似的警告标签吗？或许是的。示波器同其它测量仪器一样，受制于各种测量问题——显然，示波器和待测物的连接会影响到测量，使用者理解这样的影响是非常重要的。随着示波器技术的发展，连接示波器和待测物的工具和技术已经变得非常成熟。 早期的示波器，测量带宽只有几百KHz数量级，常使用电缆连接电路。现代示波器使用各种连接技术以最小化测量误差。使用者应该熟悉示波器本身以及示波器连接电路的各种方法的特性和限制。 考虑示波器连接待测电路的方式如何影响测量，待测电路可以等效为包含内置电阻和电容的戴维宁等效电压源。同样，示波器输入电路和连接部分可以被等效为负载电阻和旁路电容。该模型如图1所示。当示波器连接信号源时，示波器的负载效应会减小测量到的电压。低频的损耗取决于电阻比率Rs和Ro。对于高频时的损耗，Cs和Co成了主要因素。另外一个影响是系统带宽由于示波器的容性负载而变小，这也会影响到动态时间量的测量，如脉冲上升时间Risetime。 图1 包括信号源和示波器的简单测量模型 示波器的设计者需要从两个方面入手来减少负载效应的影响: a．高阻探头，利用有源和无源电路来减少负载效应，这些电路包括补偿衰减器或者低容值场效应晶体管缓冲放大器。 b．对于高频应用的直接连接，示波器的输入电路采用50ohm的内部端接。在这些场合，示波器输入电路被设计成常数的50ohm负载阻抗。低电容的探头被设计为50ohm端接来减少负载效应。 如何选择合适的探头 通常，探头可以被分成三大类。1、无源高阻探头；2、无源低阻探头；3、有源探头。
示波器基本使用方法文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
示波器基本使用方法 荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0%，10%，90%，100%等标志，水平方向标有10%，90%标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV，TIME/DIV)能得出电压值与时间值。 示波管和电源系统 1.电源(Power) 示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。 2.辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一般不应太亮，以保护荧光屏。 3.聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。 4.标尺亮度(Illuminance)
此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。 2.3 垂直偏转因数和水平偏转因数 1.垂直偏转因数选择(VOLTS/DIV)和微调 在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏转因数的单位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。 踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1，2，5方式从 5mV/DIV到5V/DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V/DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。 每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0.2V/DIV。 在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。
示波器基础——测量和练习 1 如何进行测量 在本书的前两章中我们 介绍了示波器上可以用来影 响信号波形显示的各种控制 机构。在这一章里我们将要讲 座重要的波形参数，并且还将 介绍如何使用示波器来测量 这些参数。 示波器可以测量两个基 本的量，即电压和时间。从这 两个量出发，用手工的方法使 用光标或者用自动的方法进行所有其它波形参数的测量。 在进行测量时，了解自己的示波器的能力是很重要的。不要试图在一个20MHz的示波器上观察一个1 0MHz的方波，因为在这种情况下不可能看到方波的真实形状，10MHz的方波中包含有10MHz的正弦波基波，以及30MHz、50MHz、70MHz等的谐波。在10MHz的示波器上，也有可能看到30MHz谐波的部分效果（虽然其幅度不正确），但是下一个谐波分量的频率是示波器带宽的2.5倍！所以这时您在示波器上看到的波形将更象一个正弦波而不象方波（见图50）。 对于上升时间的测量来说，情况也是这样。如果您使用一台上升时间比被测信号的上升时间快10倍的示波器来进行测量，那么示波器本身的上升时间对测量的影响将几乎可以忽略。然而如果示波器的被测信号的上升时间相同，那么引起的测量误差可高达41%。 若干标准波形 三种最常见的波形是正弦波、三角波和方波（见图51）。这些波形在任何函数发生器上都可以找到，并且在实际工作中也常常遇到。
正弦波包含单一的频率分量；而方波和三角波则由很多不同的相关正弦谐波组成。方波由基波的奇次 谐波构成，三角波由基波的偶次谐波构成。 这些波形在时间上和幅度上都是对称的。 这些波形还有其变形形式，这通常是波 形发生对称变化的结果。这样一来，三角波 变成了锯齿波（从其开头而得名），而方波 变成了矩形波。 波形的一个完整的周波叫作一个周期。 一个周期就是从一个周波的某一点到下一个周波相应点所需要的时间（见图52）。 频率是在一秒钟之内所发生的波形的周波数。 所以如果我们用1秒除以一个周期所需的时间就得到了用Hz表示的频率。 例如，周期=1ms则 频率=1/10×10-3=1000Hz=1KHz 重复发生的波形称为重复性波形或周期性波形。这是最容易测量的波形。 对重复性波形或周期性波形最常测量的另一个参数是波形的幅度。幅度是一个波形上从最高点到最低之间的电压。这又称之为峰（一）峰值幅度或Vp-p（见图52）。
示波器的触发功能 汪进进美国力科公司深圳代表处 我记得初入力科的时候，在关于示波器的三天基础知识培训中有一整天的时间都是在练习触发功能。“触发”似乎是初学者学习示波器的难点。我们常帮工程师现场解决关于触发 的测试问题的案例也很多。通常有些工程师只知道“Auto Setup”之后看到屏幕上有波形然后“Stop”下来再展开波形左右移动查看细节。因此，我有时候甚至接到这样的电话，质疑我们的示波器有问题，因为他在”Auto Setup”之后看到的波形总是在屏幕上来回“晃动”。但是当我问他触发源设置得对不对，触发电平设置得合适否，是否采用了合适的触发方式等问题时，我没有得到答案; 即使有时遇到我心目中的高手，我也常发现他们对触发的基本概念都没有建立起来。我喜欢在写作某个主题之前google一下，但是很遗憾我没有找到一篇堪称完整的启蒙文章。虽然三家示波器厂家的PPT讲稿中都有很多关于触发的，但细致介绍触发的 中文文章真的很少。当然，这也是幸运的，因为我的拙文也许将是很多工程师茅塞顿开的启蒙之作。 触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。数字示波器的触发功能非常地丰富，通过触发设置使用户可以看到触发前的信号也可以看到触发后的信号。对于高速信号的分析，其实很少去谈触发，因为通常是捕获很长时间的波形然后做眼图和抖动分析。触发可能对于低速信号的测量应用得频繁些，因为低速信号通常会遇到很怪异的信号需要通过触发来隔离。假如示波器的触发电路坏了，示波器仍然可以工作，只是这时候看到的波形在屏幕上来回“晃动”，或者说在屏幕上闪啊闪的。这其实相当于您将触发模式设置为“Auto”状态并把触发电平设置得超过信号的最大或最小幅值。示波器的采集存储器是一个循环缓存，新的数据会不断覆盖老的数据，直到采集过程结束。如图一所示。没有触发电路，这些采集的数据不断地这样新老交替，在屏幕上视觉上感觉波形在来回“晃动”。Auto Setup是自动触发设置，示波器根据被测信号的特点自动设置示波器的水平时基，垂直灵敏，偏置和触发条件，使得波形能显示在示波器上。其主要目的是保证波形能显示出来，这对于拿到示波器不知道如何使波形“出来”的新手是有用的。但如果不理解触发的概念，通过Auto Setup的设置就开始观察，测量甚至得出结论是不对的。示波器毕竟是工程师的眼睛，工程师需要透彻掌握这个工具，用好这双眼睛。 所谓触发，按专业上的解释是：按照需求设置一定的触发条件，当波形流中的某一个波形满足这一条件时，示波器即实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。触发条件的唯一
示波器基础知识 示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的直流成份（DC）和交流成份（AC）、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、比较多个波形信号等。 １、示波器的发展过程 初期主要为模拟示波器 廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础。五十年代半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到10 0MHz。六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz的取样示波器、带宽4GHz的行波示波管、1GHz的存储示波管；便携式、插件式示波器成为系列产品。七十年代模拟式电子示波器达到高峰，行谱系列非常完整，带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。模拟示波器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器，英国和法国甚至退出示波器市场，技术以美国领先，中低档产品由日本生产。 模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器逐渐从前台退到后台。
但是在发展初期模拟示波器的某些特点，却是数字示波器所不具备的： ○操作简单：全部操作都在面板上可以找到，波形反应及时，数字示波器往往要较长处理时间。 ○垂直分辨率高：连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至1 0位。 ○数据更新快：每秒捕捉几十万个波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。 ○实时带宽和实时显示：连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。 简而言之，模拟示波器为工程技术人员提供眼见为实的波形，在规定的带宽内可非常放心进行测试。人类五官中眼睛视觉神经十分灵敏，屏幕波形瞬间反映至大脑作出判断，细微变化都可感知。因此，刚开始模拟示波器深受使用者的欢迎。 中期数字示波器独领风骚 八十年代的数字示波器处在转型阶段，还有不少地方要改进，美国的TEK 公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。它们后来停产模拟示波器，并且只生产性能好的数字示波器。进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1G Hz以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用。 数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从100%降低至3%甚至1%。带宽1 GHz的取样率就是5GHz/s，甚至10GHz/s。 其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒40万个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。
ABCs of Probes P rimer
ABCs of Probes Primer Precision Measurements Start at the Probe Tip As you'll learn in this primer,precision measurements start at the probe tip.The right probes matched to your oscilloscope are vital to achieving the greatest signal fidelity and measurement accuracy. Safety Summary When making measurements on electrical or electronic systems or circuitry,personal safety is of paramount importance.Be sure that you understand the capabilities and limitations of the measuring equipment that you’re using.Also,before making any measurements,become thoroughly familiar with the system or circuitry that you will be measuring.Review all documentation and schematics for the system being measured,paying particular attention to the levels and locations of voltages in the circuit and heeding any and all cautionary notations. Additionally,be sure to review the following safety precautions to avoid personal injury and to prevent damage to the measuring equipment or the systems to which it is attached.For additional explanation of any of the following precautions,please refer to Safety Precautions .— Observe All Terminal Ratings — Use Proper Grounding Procedures — Connect and Disconnect Probes Properly — Avoid Exposed Circuitry — Avoid RF Burns While Handling Probes — Do Not Operate Without Covers — Do Not Operate in Wet/Damp Conditions — Do Not Operate in an Explosive Atmosphere — Do Not Operate with Suspected Failures — Keep Probe Surfaces Clean and Dry — Do Not Immerse Probes in Liquids 2 To select the right probe for your specific application, please request the probe selection CD from your local Tektronix representative,or visit https://www.doczj.com/doc/899455377.html,/accessories. Our continually expanding library of technical briefs,application notes and other resources will help ensure you get the most out of your probes and other equipment.Simply contact your local Tektronix representative or visit https://www.doczj.com/doc/899455377.html,.
精心整理 ScopeArt先生”团队成员 示波器探头是示波器使用过程中不可或缺的一部分，它主要是作为承载信号传输的链路，将待测信号完整可靠的传输至示波器，以进一步进行测量分析。很多工程师很看重示波器的选择，却容易忽略对示波器探头的甄别。试想如果信号经过前端探头就已经失真，那再完美的示波器所测得的数据也会有误。所以正确了解探头性能，有效规避探头使用误区对我们日常使用示波器来说至关重要！ 1 对于DC L，寄图1 ?图2无源探头示意图
无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连，所以大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用（某些厂家特殊接口标准的探头除外），但由于示波器一般无法自动识别其他品牌的探头类型，所以此时需要手动在示波器上设置探头衰减比，以保证示波器在测量时正确补偿探头带来的信号衰减。 图3所示为日常最为常见的一类无源探头原理示意图，它由输入阻抗Rprobe、寄生电容Cprobe、传输导线（一般1至1.5米左右）、可调补偿电容Ccomp组成。此类无源探头一般输入阻抗为10M?，衰减比因子为10：1。 ?图3 Vscope 1衰减因 很小， ?图4R&SRT-ZH10高压探头
还有一类无源探头，其衰减比为1：1，信号未经衰减直接经过探头传输至示波器，其耐压能力不及其它无源探头，但它具备测试小信号的优势。由于不像10：1衰减比探头那样信号需要示波器再放大10倍显示，所以示波器内部噪声未放大，测量噪声更小，此类更适用于测试小信号或电源纹波噪声。 图5R&SHZ-1541:1/10:1可调衰减比无源探头 无源传输线探头是另一类特殊的无源探头，其特点是输入阻抗相对较低，一般为几百欧姆，支持图6 量50? ? 图 需要注意的是，由于传输线探头的低阻抗，它的负载效应会比较明显。因此，此类探头仅适用于与低输出阻抗（几十至100欧姆）的电路测试。对于更高输出阻抗的电路，我们可以选择使用高阻有源探头的方案，将在后续详述。 图8R&SRT-ZZ808.0GHz无源传输线探头 ??????
示波器基本知识大普及 数字示波器基本原理 示波器主要有五大功能：即对信号进行捕获,观察,测量，分析和存档。被测信号经过探头和前端放大器以及归一化后转换成 ADC 可以接受的电压范围，采样保持电路按固定的采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC 将这些电平转化为数字的采样点，这些数字的采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析。 带宽 如无特别说明，通常谈到的带宽是指模拟带宽，除此之外还有数字带宽、系统带宽、触发带宽等。模拟带宽就是示波器前端放大器幅频特性曲线的截止频率点。示波器带宽的限制对信号的捕获影响如下：1,延长被测信号上升时间；2,减少了被测信号的频率分量；3,使被测信号相位失真。目前实时示波器的最高带宽达到了 45GHz，是由力科公司提供的。 如何选择带宽 选择带宽主要考虑被测信号的类型和我们期望的测量准确度，关键是上升时间和幅度测量的准确度。对时钟和快沿信号而言，可以从上 升时间角度来选择，建议示波器的上升时间小于被测信号上升时间的 1/3；对于串行信号来说，当示波器带宽是波特率的 1.8 倍时可以覆盖信号 能量的 99%，当然，这是基于一个前提，被测信号的上升时间要大于 20%的 UI。 示波器的上升时间=0.35/带宽，0.35 是基于高斯响应曲线推导出来的理想值。实际值可能在 0.35-0.45 之间，具体大小可以查看产品的Datasheet 确认。 采样率/存储深度/可分析的存储深度 深度采样率表示示波器每秒钟等时间间隔采样多少个点。存储深度表示示波器当前保存的采样点的个数。把经过 A/D 转换的八位二进制波形信息存储到示波器的高速 CMOS 存储器中就是示波器的存储，这个存储器的容量就是存储深度。存储深度=采样率 X 采样时间，这个关系式非常重要。可分析的存储深度表示示波器有能力分析采样下来的波形的最多的点数。目前世界上最高采样率（120GS/s）和最高可分析存储深度 （768Mpts）是由力科公司提供的。 插值 示波器通常有两种插值方法，一种是线性插值，即将采样的点和点直接相连，另外一种是 sin(x)/x 插值，假设信号是按正弦规律变化,在两个点之间补充若干个点再连成线。对于正弦信号，采用 sin(x)/x 插值可以弥补采样率的不足。对于方波信号，采样率不足情况下采用 sin(x)/x 插值会带来波形的过冲和下冲等假象。 触发 触发的首要目的是隔离感兴趣的事件，引申的目的是稳定同步显示波形。触发是数字示波器区别于模拟示波器最大的特点之一。触发设置时要“眼观五路”: 触发源，触发点，触发电平，触发方式，触发模式。力科示波器具有独特的四级硬件触发，组合触发方式达到 2500 种以上。 触发模式 示波器有 Auto，Normal，Single 等触发模式。 Auto 表示示波器按固定的时间间隔强制触发，不管触发条件是否满足。 Normal 表示示波 器满足触发条件才触发，不满足触发条件则不触发。 Single 表示满足条件就触发一次,进入 Stop 状态。测试时通常用上升沿触发和 Auto 模式，使波形在触发点相对于上升沿是稳定的,再使用其它特别的触发方式和 Normal 模式来定位异常信号。 AIM AIM 是 All In one time Measurement 的缩写,表示同时测量屏幕上捕获到的所有波形的参数。这是力科示波器区别于其它示波器的重要特征。其它示波器仅仅测量屏幕上捕获到的波形中的一个脉冲的参数。譬如屏幕上捕获到的是 1 千万个脉冲，力科示波器可以同时测量出这 1 千万个脉冲的上升时间,下降时间，周期,频率等参数,而其它示波器只能测量出这 1 千万个脉冲中的一个脉冲的参数。 WaveScan WaveScan 被称为示波器的中 google，能够实时地对采集到的波形进行测量分析，搜索出感兴趣的信号，可对搜索到的信号进行列表显示、高亮标识和放大观察，可以静态的“查找”，也可以动态的“扫描”。动态扫描时，当查找到感兴趣的信号时，示波器可以产生“停止捕获， 发出告警声，自动保存波形，打印屏幕，产生报告”等各种动作，从而实现“无人值守”的排查异常信号的作用。 TriggerScan TriggerScan 是一种新的智能硬件扫描功能，是力科第四代示波器的独特创新。该功能通过“触发训练器”对采集到的正常波形进行学习, 产生一系列的触发组合，示波器件自动地按这些触发方式轮流触发信号，从而快速定位到异常罕见的信号。 顺序模式 顺序模式就是将示波器的采集存储器分成若干等份，每一等份中只放入当前触发到的波形，触发一次，保存一次。在顺序模式下，示波器 的波形捕获率可达到 150 万次/秒。力科的顺序模式功能有独特的“时间标签”功能，可查看每次捕获到的波形的时刻以及时相邻两次出现的 时间间隔。 直方图和参数追踪图 参数直方图描绘了参数在一定范围内出现的概率。其横轴表示参数的大小,纵轴表示参数出现的概率。参数直方图可显示和分析信号关键特 征的稳定性和抖动。参数追踪图反应了参数值随时间的变化轨迹。通过对某一测量参数（如 TIE、周期、幅度等测量参数）的变化情况的实时 追踪来分析该参数的变化趋势，继而分析引起参数变化的原因，为电路调试提供指导。
示波器基础系列之一——关于示波器带宽 带宽被称为示波器的第一指标，也是示波器最值钱的指标。示波器市场的划分常以带宽作为首要依据，工程师在选择示波器的时候，首先要确定的也是带宽。在销售过程中，关于带宽的故事也特别多。 通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽，也就是常说的-3dB截止频率点。此外，还有数字带宽，触发带宽的概念。 我们常说数字示波器有五大功能，即捕获（Capture），观察（View），测量(Measurment)，分析（Analyse）和归档（Document）。这五大功能组成的原理框图如图1所示。 图1，数字示波器的原理框图 捕获部分主要是由三颗芯片和一个电路组成，即放大器芯片，A/D芯片，存储器芯片和触发器电路，原理框图如下图2所示。被测信号首先经过探头和放大器及归一化后成ADC可以接收的电压范围，采样和保持电路按固定采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC将这些电平转化成数字的采样点，这些数字采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析处理。 图2，示波器捕获电路原理框图
示波器放大器的典型电路如图3所示。这个电路在模拟电路的教科书上处处可见。这种放大器可以等效为R C低通滤波器如图4所示。由此等效电路推导出输出电压和输入电压的关系，得出理想的幅频特性的波特图如图5所示。 图3，放大器的典型电路 图4，放大器的等效电路模型
至此，我们知道带宽f2即输出电压降低到输入电压70.7%时的频率点。根据放大器的等效模型，我们可进一步推导示波器的上升时间和带宽的关系式，即我们常提到的0.35的关系：上升时间=0.35/带宽，推导过程如下图6所示。需要说明的是，0.35是基于高斯响应的理论值，实际测量系统中这个数值往往介于0.35-0.45之间。在示波器的datasheet上都会标明“上升时间”指标。示波器测量出来的上升时间与真实的上升时间之间存在下面的关系式。在对快沿信号测试中，需要通过该关系式来修正实际被测信号的上升时间。 Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2+(tr probe)2