示波器基礎知識第四章附件和軟體Weng 2004/3/17Rev.
4.1探頭是怎樣工作的
示波器探頭不僅僅是把測詴信號判定用以示波器輸入端的一段導線，而且是測量系統的重要組成部分。探頭有很多種類型號各有其特性，以適應各種不同的專門工作的需要，其中一類稱爲有源探頭(Active Probe)，探頭內包含有源電子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探頭稱爲無源探頭(Passive Probe)，其中只包含無源元件如電阻和電容。這種探頭通常對輸入信號進行衰減。
我們將首先集中討論通用無源探頭，說明其主要技術指標以及探頭對被測電路和被測信號的影響，接著簡單介紹幾種專用探頭及其附件。
遮罩(Shielding)
探頭的一個重要任務是確保只有希望觀測的信號才在示波器上出現，如果我們僅僅使用一面導線來代替探頭，那到它的作用就好象是一根天線，可以從無線電臺、熒光燈，電機、50Hz或60Hz 的電源的交流聲,甚至當地業餘無線電愛好者那裏, 接收到很多不希望的干擾信號，其些這類雜訊甚至還能反向注入到被測電路中去. 所以我們首先需要的是遮罩的電纜，示波器探頭的遮罩電纜通過他們於探頭尖端的接地線和被測電路連接，從而保證了很好的遮罩。
探頭帶寬(Probe Bandwidth)
和示波器一們，探頭也具有其允許的有限帶寬。如果我們使用一台100 MHz的示波器和一個100 MHz 的探頭，那麽它們組合起來的響應就小於100 MHz ，探頭的電容和示波器的輸入電容相加，這就減小了系統的帶寬，加大了顯示的上升時間Tr. (見第一章1.3 節上升時間)
使用1.3節的公式
Tr (nS)=350/BW(MHz)
如果示波器和探頭各自均爲100 MHz帶寬，其上升時間均爲3.5 nS 。則有效系統上升時間就由下式給出：
Tr*Tr=3.5*3.5+3.5*3.5 nS
Tr= 4.95 nS
根據4.95 nS的系統上升時間求得，系統帶寬爲350/4.95 MHz=70.7 MHz。
Fluke公司給所有示波器配備的探頭都能使示波器保證在探頭尖端獲得規定的示波器帶寬，從上述的計算可以看出，視覺要求探頭本射的帶寬要比示波器的帶寬寬得多。
負載效應
當我們進行測量時，我們常常以爲測得的電壓, 和電路中未連入示波器時是完全一樣的。實際上，每個探頭都有其輸入阻抗，輸入阻抗包含了電阻、電容和電感分量。由於探頭引入的額外負載，所以連入探頭後就會影響被測電路, 當我們分析測量結果時, 必須考慮探頭的特性以及測詴電路的阻抗。
有些探頭裏沒有串聯的電阻，這類探頭主要就由一段電纜和一個測詴頭構成，因此，在其工作頻率範圍或有用帶寬之內，探頭對信號沒有衰減作用。這類探頭稱爲1：1或X 1探頭。由於這類探頭在測詴點處將其自身的電容（包括電纜的電容）與示波器的輸入阻抗連在了一起，所以這種探頭具有負載效應。
見圖42 探頭的等效電路
當信號頻率高時，探頭的容性負載效應就變得更加顯著。由於電纜的類型和長度的不同以及探頭本身構造等原因，1：1探頭的輸入電容通常可以從大約35 PF到100 PF 以上，這等於給被測電路施加了一個低阻抗負載，具有47 PF輸入電容1：1探頭在20 MHz之下的電抗僅爲169 Ω，這就使得這個探頭在此頻率無法使用。
衰減式探頭減小了負載效應
我們可以在探頭中增加一個和示波器輸入阻抗相串聯的阻抗，用這種辦法就可以減小探頭的負載效應。然而，這就意味著輸入電壓不能完全加到示波器的輸入端，因爲我們現在已經引入了一個分壓器。
圖43繪出了一處簡化的探頭等效電路，Rp 和Rs 構成了一個10：1的分壓器，Rs 爲示波器的輸入阻抗。調節補償電容C補償使得探頭和示波器相匹配，視覺保證了在探頭的尖端獲得正確的頻率響應曲線，這一來就使得這種探頭的頻率響應, 比1：1探頭頻率響應要寬得多。
圖43 10：1探頭電路圖
示波器的標準輸入電阻爲 1 MΩ。這就要求在探頭中串聯9 MΩ的電阻，使得在低頻時探頭尖端的輸入阻抗爲10 MΩ。
探頭補償
一個實際的10：1探頭具有幾個可調的電容和電阻以便在很寬的頻率範圍內獲得正確的頻率回應，這些可調元件的大多數都是在製造探頭時由工廠調好的。只有一個微調
電容留給用戶去調節。這個電容稱爲低頻補償電容，應當通過調節這個電容使得探頭和與相配用的示波器匹配，使用示波器前面板上的信號輸出可以很容易地進行這項調節工作，示波器的這個輸出端標有"探頭調節"(Cal.) (Calibrator)、"校準器(Calibration) 或者"探頭校準"等標誌，並能送出一個方波輸出電壓。方波中包含很多頻率分量。當所有這些分量都以正確的幅度送至示波器時，就能在示流器螢幕上再現方波信號。
圖44 示出探頭欠補償，正確補償和過補償的影響。
圖44 在2 KHz方波和1 MHz正弦波之下, 觀察不同探頭補償情況的影響。
可以看出，在較高的的頻率下, 探頭過補償, 和欠補償, 和欠被償情況下, 1 MHz 正弦波的幅度是很不準確的。
所以在使用的衰減探頭之前, 一定不要忘記檢查探頭的補償情況。由於一台示波器的不同輸入通道的輸入電容可能有小的差異，所以您應當按照示波器上要使用的通道來進行探頭補償調整工作。
最大輸入電壓
多數通用10：1探頭的構造, 使這些探頭適合於最大輸入電壓爲峰值400V或500 V的情況下使用，所以這些探頭可以用於信號電平高達數百伏的廣泛的應用場合，對於需要測量更高電壓的場面合，我們推薦使用電壓額定值更高的100：1探頭。
探頭讀出
現代示波器探頭都裝有編碼系統，使得示波器能夠識別與它相連的探頭類型。從而使示波器能夠高速垂直偏轉指示值及所有幅度測量結果, 以避免發生混淆。而如果使用不帶這種識別系統的探頭，則用戶就不得不自己爲所有波形顯示和測量結果重新定檔, 以便反映出探頭的衰減量。
接地引線電感
圖45 說明探頭的接地引線電感如何與探頭及示波器的輸入電容形成串聯諧振電路。而探頭的輸入電阻則在諧振電路中引入阻尼。
圖45 帶有接地引線電感的探頭等效電路
像其他諧振電路一樣，如果在探頭上加入脈衝電壓, 則此諧振電路也會發生振鈴現象，過大的接地引線電感還會使示波器顯示的上升時間變差，圖46 顯示出使用不同長度的接地引線時，連至示波器的快速上升脈衝的顯示波形。
圖46 接地引線對脈衝回應的影響
從圖中我們可以清楚的看到接地引線電感對測量結果的影響，所以一定要使探頭的接地引線盡可能的短，特別是在測高頻和快速上升沿的信號時尤應注意。
安全接地
爲保證電氣上的安全，多數示波器都通過電源線與安全地線相連。被測信號有可能和地線具有相同的參考電位，但並非必然如此，因此在連接探頭的地線時，一定要注意不要因此而把被測系統的某一部分短路。另一方面，既使被測系統和示波器的地線具有相同的參考電位，這也並不意味著可以用安全地線來作信號返回通路，這是由於安全地線連接走線很長，具有很大的引線電感，因此不適合作信號返回通路。這時一定要用探頭的接地引線來作爲信號的參考地線。
4.2 探頭類型
我們已經研究了10：1和1：1兩種探頭，此外還有多種其他類型的通用探頭。
可切換式探頭
這種探頭將10：1探頭和1：1探頭容爲一體，使用起來非常方便，在一般情況下最好使用10：1檔，因爲在這一檔探頭對被測電路的負載效應小，而且頻帶寬。而1：1檔則可在測量低頻低電平信號時使用。
衰減器探頭
另一種常用的衰減器探頭爲100：1探頭，其輸入電容較低，典型值爲2.5 PF，輸入電阻爲20 MΩ，探頭的額定電壓值很高，典型值爲4 KV。因此這種探頭適合於在測量高壓變換器等電壓很高的場合使用。
FET探頭
這是一種可在高頻下使用的有源探頭，其使用頻率可達650 MHz 。其輸入電容可低達1.4 PF，因此特別適合於在具有很高源阻抗的電路中測量快速瞬變，或者其他要求探頭負載效應最小的場合。由於採用有源設計方案，所以T探頭也可用於1：1的情況，仍具有極低的輸入電容。
電流探頭
顧名思義，使用這種探頭時示波器上顯示的是導體中的電流而不是其上的電壓。在這種探頭的頭上裝有一個電流感應變壓器，使用時只要把探頭卡到電纜導線上而無需切斷電路，探頭獲得的信號首先變換成電壓，再經過比例變換後送到示波器的端，這時示波器顯示的單位爲格或/格。探頭的頻率範圍可達z以上。
使用電流探頭以後，具有數學處理能力的示波器就可以通過將電壓波形和電流波形相乘來進行功率的測量，詳細情況見3節。
隔離放大器
隔離放大器雖然不是一般意義下的探頭，但我們可以把它看成是一種用來把示波器測量點和地電位隔離開來的特殊類“探頭”。這種"探頭"之所以必要是因爲，除非使用電源隔離變壓器或者電池來爲示波器供電，不然的話，示波器的輸入參考地線總是在地電位，採用隔離放大器還使我們能夠測量疊加於很大的共模電壓(Common-mode)之上的小信號（見圖）。隔離放大器的輸入單元整個由塑膠構成。並由電池供電，以保證安全。隔離放大器大都應用在電力和控制系統等領域。
圖47 具有共模電壓的電路
帶有命令開關的探頭
在探頭方面的一項最新改進是針對使用探頭進行大量測詴工作的用戶。在PM3094和PM3394A系列的示波器中，Fluke公司採用了一項稱爲探頭命令開關的新技術，爲此在探頭體上裝了一個小開關，使用虛擬開關可以啓動預選的功能，如啓動自動設置，或者從設置記憶體中選擇另一組設置參數，在組合示波器中命令開關還可以用來啓動"接觸、保持和測量"功能，即進行一次採集，將波形凍結並根據存貯的波形進行多組參數的測量。
4.3其他附件
示波器還可配備多種附件，其中有些附件是爲了使示波器適合於在某種測量環境下使用，例如：介面，上架機件及套裝軟體，而另一些附件則有助於方便、有條有理的攜帶示波器及探頭或者有助於專門的測量工作。
視頻行選擇器
這個附近件對於視頻工程師的工作是極理想的工具。它能生成行、場及幀同步脈衝用以觸發示波器，使得視頻工程師可以對某一視頻行的各部分進行研究。通過開關可以觀察行的另碼，當該行到來時示波器就觸發。
某些型號的示波器，如PM3394A具有內置式的視頻行選擇器。這時，此功能的控制機構則爲示波器控制機構的一部分。
終端負載
當測量低阻抗系統時，示波器必須配以正確的終端負載以避免信號失真。某些示波器的輸入端可以由開關切換成50Ω的輸入阻抗。對於沒有這種功能的示波器則可使用這種終端負載附件來和示波器的輸入端配合使用，終端負載的衰減係數有1：1、10：1及100：1多組。此外還有75 Ω規格的終端負載可供其他視頻系統使用。
介面
在示波器最常見的介面是RS-232介面和GPIB 介面（詳見2.4節），使用這些介面可以將數據傳給示波器或者從示波器取出，雖然通過介面傳送波形可能只限於數位存儲示
波器，但是類比示波器也可配備介面, 以便對示波器的設置進行遠端控制。
電池和逆變器(Inverter)
這些附件使臺式示波器可以在沒有市電的場合，如車輛或收音機中使用，還能使示波器能進行對地浮置的測量。這也意味著，當被測系統處於地電位時，使用這類附件可以避免地回路。
其他配件
攜帶箱可在運輸時保護示波器，這對於經常外出施行的用戶非常有價值。
附件盒可以和示波器配套，保存探頭及其它小的附件。由於探頭應當按照它所配用的示波器來調整，所以給示波器配以附件盒是非常有用的。
保護罩可以保護示波器的前面板不致損傷和弄髒。
示波器可以使用戶很方便的在實驗室的不同地點, 經常流動使用示波器，並且常常還要以有來存放附件及硬考設備。有些示波器還可以再配備附加的記憶體盒，這樣當示波器開機後, 就可以恢復關機原來的設置狀態。
軟體
可供用戶使用的套裝軟體有很多種，其中有些用來進行簡單的波形傳送及在電腦中存貯波形；而另一些軟體則有來進行複雜的資料分析。下面介紹若干專門爲測度儀器設計的套裝軟體的實例。
圖48 視頻行選擇器和選擇的視頻行信號
通訊軟體
有多種套裝軟體可以實現將波形從示波器傳送到PC 機，並將其存貯在PC機的硬碟上。示波器捕獲的波形可以和示波器的設置一起在PC 機的螢幕上顯示出來，而且還能將這些資訊存貯在硬碟上便隨時調用。
有些套裝軟體還能將波形由電腦送回給示波器作爲參考波形使用。如果對傳送時間的要求不苛刻，通常使用RS-232介面來實現示波器與電腦之間的連接。這是因爲每個PC 機上都有RS-232介面，使用非常方便。某些套裝軟體還能以HP-GL 文件的形式傳送和存貯波形。使用市場上已有的文書處理軟體可以把這種文件作爲圖形直接編入文件中去，本書中大量的螢幕波形圖就是這樣生成的。
另一些套裝軟體，如Any Wave 給示波器增添了寶貴的自動測詴功能。例如，可以使用這類程式生成測詴的範圍（樣板），定義出上限和下限的波形曲線，然後就可以用這個測詴樣板作爲參考標準進行立即的、自動的通過/不通過測詴。測量的波形可以通過RS-232或者IEEE 通訊介面傳送給PC 機，並將不通過的波形自動存貯下來。
對於裝有樣板測詴功能的示波器來說, Any Wave軟體也使得測詴包絡(Envelope) 的生成更加容易，使用PC 機的鍵盤和滑鼠就可以對包絡進行編輯。如果願意，也可以從一個採集到的波形出發來生成包絡。
除此之外，軟體還可用來爲任意波形發生器生成波形描述資料。
存貯的波形還可以用統計圖表套裝軟體或者專門的分析軟體來進行處理。
編程環境軟體(Compiler)
這些套裝軟體能爲使用標準編程語言，如Quick-Basic 或C 等編寫測詴程式提供一種編程環境。在這種編程環境下，應用程式的開發工作變得更加容易、更加有效、更加迅速。使用諸如Test Team 和Lab Windows等套裝軟體，則可以提供各種儀器的驅動程式，使編程工作進一步簡化，這些套裝軟體不僅能支援示波器的應用，而且有助於在使用諸如多表表、信號發生器、程式控制電源、頻率計和信號並關等多種儀器時編寫測詴程式。這樣編寫的程式可以在Test Team 的環境下執行，也可以轉換成獨立的可執行文件來控制測詴系統。
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
信号源基础知识
信号源基础知识 1、认识函数信号发生器 信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。 谈及模拟式函数信号源，结构图如下： 这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正
弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波。 而三角波是如何产生的，公式如下： 换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下： 当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。 再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是
信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。 而在占空比调整上的设计有下列两种思路： 1、频率（周期）不变，脉宽改变，其方法如下： 改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数（A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。 2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下：
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：
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）。
AIM——力科示波器的独有测量功能 李军美国力科公司深圳代表处 示波器一直是工程师设计、调试产品的重要工具。力科把示波器的功能分为四种模型（图1）：检查、测量、调试、分析。一直以来力科的目标市场都专注在调试型和分析型的示波器。以此为代表的波形分析优势是力科示波器的核心竞争力。但在使用更为频繁、应用更为广泛的测量功能方面，力科同样提供了独有的AIM、RQM等测量技术，给了工程师更多发现问题、解决问题的办法。此次我们将通过实验对比让大家了解什么是AIM及AIM在测量中的应用。 图1 示波器的四种模型 一般来说，工程师用示波器正确捕获波形后往往需要对感兴趣的参数进行测量或者验证。力科示波器可以对所有波形或者部分选定的波形进行参数测量。WaveRunner以上的示波器还可以同时测量8个参数（第四代示波器可同时测量12个参数），并提供了8个参数的直方图（图2）。在测量的同时如果打开示波器标配的参数统计（Statistics）功能，则可以报告出每个参数当前的测量状态。 在参数统计中（图3），“value”代表了屏幕中最后一个波形的参数测量值，“mean”则是所有波形参数测量的平均值，“min”是当前所有测量中的最小值，“max”是最大值，“sdev”是参数测量的标准偏差，“num”则是当前的测量次数，“status”指示了参数的测量状态。
图2 全面的参数测量 图3 参数统计 由于示波器可以一次测量所有捕获到的波形的参数，用户通过观察统计的最小（min）和最大（max）值即可迅速的了解到波形中可能存在的异常。这为工程师提供了更有意义的测量。力科把这项功能称为AIM——All In one time Measurement。
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。
信号源基础知识 1、认识函数信号发生器 信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。 谈及模拟式函数信号源，结构图如下： 这是通用模拟式函数信号发生器的结构，[是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波]。 而三角波是如何产生的，公式如下： 换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下： 当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。 再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。 而在占空比调整上的设计有下列两种思路：
1、频率（周期）不变，脉宽改变，其方法如下： [改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性]，但其最主要的缺点是占空 比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数（A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。 2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下： 将方波产生电路比较器的参考幅度予以固定（正、负可利用电路予以切换），改变充放电斜率，即可达成。 这种方式的设计一般使用者的反应是“难调”，这是大缺点，但它可以产生10%以下的占空比却是在采样时的必备条件。 以上的两种占空比调整电路设计思路，各有优缺点，当然连带的也影响到是否能产生“像样的”锯齿波。 接下来PA（功率放大器）的设计。首先是利用运算放大器（OP) ，再利用推拉式(push-pull)放大器（注意交越失真Cross-distortion 的预防）将信号送到衰减网路，这部分牵涉到信号源输出信号的指标，包含信噪比、方波上升时间及信号源的频率响应，好的信号源当然是正弦波信噪比高、方波上升时间快、三角波线性度要好、同时伏频特性也要好，（也即频率上升，信号不能衰减或不能减太大），这部分电路较为复杂，尤其在高频时除利用电容作频率补偿外，也牵涉到PC板的布线方式，一不小心，极易引起振荡，想设计这部分电路，除原有的模拟理论基础外尚需具备实际的经验，“Try Error”的耐心是不可缺少的。 PA信号出来后，经过π型的电阻式衰减网路，分别衰减10倍（20dB)或100倍（40dB),此时一部基本的函数波形发生器即已完成。（注意：选用π型衰减网络而不是分压电路是要让输出阻抗保持一定）。 一台功能较强的函数波形发生器，还有扫频、VCG、TTL、 TRIG、 GATE及频率计等功能，其设计方式在此也顺便一提： 1. 扫频：一般分成线性（Lin)及对数（Log)扫频； 2. VCG：即一般的FM，输入一音频信号，即可与信号源本身的信号产生频率调制； 上述两项设计方式，第1项要先产生锯齿波及对数波信号，并与第2项的输入信号经过多路器（Multiplexer)选择，然后再经过电压对电流转换电路，同步地去加到图二中的I1、I2上； 但注意这样的TTL信号须再经过缓冲门（buffer)后才能输出，以增加扇出数（Fan Out)，通常有时还并联几个buffer。而TTL INV 则只要加个NOT Gate即可；
示波器基础系列之一——关于示波器带宽（一） 关于示波器的带宽 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RC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
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
示波器基础系列之七——关于示波器的RIS 模式和 Roll 模式 一，RIS 模式去年在介绍力科示波器家族时,我常说力科公司可以提供100MHz100GHz 的示波器，现在我介绍时会说力科公司可以提供 60MHz100GHz 的示波器。我们的产品线在向低带宽示波器市场延伸，但同时 我们保持了世界上最高带宽的示波器100GHz 的示波器。T 公司或A 公司的 示波器最高带宽才80GHz。这时候很多工程师会瞪大眼睛: 这么高的带宽？ 怎么采样？其实我们知道，100GHz 的带宽的示波器是采样示波器，采样示波 器的基本采样原理和我们今天要介绍的RIS 模式下的采样原理类似。（关于采 样示波器和实时示波器的区别我们另文介绍。）RIS 模式即随机内插采样模式(Random Interleaved Sampling Mode)，我们的友商称之为ET 模式。该模式下的基本原理如图一所示。它只能用于稳定触发的周期性重复性的波形。在RIS 模 式下，通过多次捕获的波形重组成一个完整的波形，为此，需要测量第一个采 样点和触发点的时间，并以此为依据按等时间间隔的延迟产生下次捕获的下一 组采样点。这样多次采样能使得等效的采样率增加，譬如利用500 MS/s 采样 率的100 次单次采样，使用RIS，可以达到50 GS/s 的最大采样率，则采集得到的数据之间的定位间隔大约为20 ps。采集这些数据的间隔和满足时限的过程 是随机的。ADC 采样之间的相对时间是变化的，事件触发提供了必要的偏差， 由时基以很小的分辨率测量。示波器要求有多个触发来完成采样。触发的数量 取决于采样率：采样率越高，就需要越多的触发。示波器将这些数据段进行内插，填充时间间隔，这些时间间隔是最大单次采样率的倍数,从而形成波形。但是，设备收集波形数据的实时间隔是非常长的，并且依赖于触发速率和所需要 内插的总量。示波器具有每秒捕获大约40,000 个RIS 数据段的能力。
关于高压测试中电压“测不准”问题的讨论 汪进进美国力科公司深圳代表处在拜访电源客户时，我们常常遇到这样一个现象：测试高压时不同品牌 的示波器测试的结果差别很大。有一次对比测试中我们发现测试大约450V 的MOSFET的Vds电压，三台示波器的最大差别有50V左右; 同一品牌不同型号的示波器差别也很大; 同样的示波器不同探头测量结果有时差别也很大。对于电源客户而言，MOSFET的电压应力测试是一项关键指标，决定了电路的调试，电源的使用寿命，MOSFET器件的选型等。客户一提起这个问题，我总说，我理解，我很理解，因为我在做电源工程师时也遇到同样的问题，也为这问题苦恼过。我记得在写测试报告时要标明是用什么型号的示波器和什么序列号的探头测试出来的结果。但我想很多电源工程师并不理解这个问题的理论根源，常常追问我，到底哪个结果可信？甚至有些很较真的工程师用标准的AC Source来作为信号源来“计量”哪一台示波器是准确的，但往往是很失望，没有一台示波器的结果能“相信”，有的有效值“测不准”，有的幅值“测不准”，有的峰峰值“测不准”，因为有效值和幅值之间存在2倍根号2的关系，没有示波器测试出来的结果符合这个关系式，甚至有的客户和我争论一定是峰峰值满足2倍根号2关系才对，幅值是不对的。因此，我早觉得是有写一点东西来解释这个问题的必要了。 高压“测不准”的原因其实很简单，还是我常强调的四个因素：第一是示波器的量化误差问题，第二是示波器的幅频特性曲线的平坦度问题;第三是环境噪声的干扰问题，第四是探头的共模抑制比和快恢复特性问题。 1,量化误差的概念 (在之前的多篇文章中我们都谈到了量化误差对示波器测量的影响。为保持单独这篇文章的完整性，我们还是重复一下这相关的解释。) 我们都知道，示波器的A/D只有8位，也就是说对于任何一个电压值都只有256个0和1来重组，如果包括+/-符号位,示波器的数字量程是-128—+127。图一很清楚地显示了这种数字化采样的原理，示波器的屏幕最顶部代表的是+127,中间代表的是0，最底部代表的是-128。这种原理就产生了使用示波器的第一原则：最小化量化误差。这个原则告诉了我们使用示波器的一个常识，为获得最接近于真实值的电压值，应使垂直分辨率尽可能地小，使显示的波形尽量占满示波器的屏幕。 图二分别表示在1V/div和200mv/div的时候测试相同的信号的效果。 在1V/div的时候，示波器的最小量化误差是（1V*8）/256=31.25mv,这意味着小于31.25mV的信号是无法准确测量出来的。而对于高压测量，假设量程是100V/div,示波器的量化误差是800V/256=3.125V，这意味着小于 3.125V的信号是无法准确测量出来的。
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。
第1章 示波器基础知识
本章的内容整理自网络，主要讲解示波器的基础知识。如果初学的话非常有必要对这部分知识有一个 了解。因为示波器是硬件调试必不可少的设备。 1.1 什么是示波器 1.2 示波器的发展史 1.3 示波器的基础概念 1.4 触发系统 1.5 李沙育图形 1.6 窗函数选择 1.7 总结
1.1 什么是示波器
示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测 量仪器的基本种类。 自然界运行着各种形式的正弦波，比如海浪、地震、声波、爆破、空气中传播的声音，或者身体运转 的自然节律。物理世界里，能量、振动粒子和不可见的力无处不在。即使是光（波粒二象物质）也有自己 的基频，并因为基频的不同呈现出不同的颜色。通过传感器，这些力可以转变为电信号，以便通过示波器 能够进行观察和研究。有了示波器，科学家、工程师、技术人员、教育工作者和他人能够“观察”随时间 变化的事件。 示波器是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物。当今世界瞬时万变，工程师们需要最好的工 具，快速而精确地解决测量疑难。在工程师看来，面对当今各种测量挑战，示波器自然是满足要求的关键 工具。示波器的用途不仅仅局限于电子领域。示波器利用信号变换器，适用于各种各样的物理现象。信号 变换器能够响应各种物理激励源，使之转变为电信号，包括声音、机械应力、压力、光、热。麦克风属于 信号变换器，它实现把声音转变为电信号。由示波器收集科学数据的例子如图 1 所示。 从物理学家到电视维修人员，各种人士都使用示波器。汽车工程师使用示波器来测量发动机的振动。 医师使用示波器测量脑电波。描述示波器的用途是没有止境的。
1.2 示波器的发展史
电子设备可以划分为两类：模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化连续，而数字设备处理的是代 表电压采样的离散二元码。传统的电唱机是模拟设备，而 CD 播放器是属于数字设备。同样，示波器也能
示波器基础知识100问-1 1．对一个已设计完成的产品，如何用示波器经行检测分析其可靠性？ 答：示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一，通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常，验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2．决定示波器探头价格的主要因素是什么？ 答：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络)。 3．一般的示波器探头的使用寿命有多长时间？探头需不需要定期的标定？ 答：示波器的探头寿命不好说，取决于使用环境和方法。 标准对于探头没有明确的计量规定，但是对于无源探头，至少在更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热，有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。 4．什么是示波器的实时采样率？ 答：实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔的倒数。据了解，目前业界的最高水平是四个通道同时使用。 5．什么是示波器的等效时间采样？ 答：等效时间采样指的是示波器把多次采集(多次触发)采集到的波形拼凑成一个波形，每次采样速率可能很慢，两次采集触发点有一定的偏移，最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高，如1ps。 6．什么是功率因数？如何如何测量？ 答：功率因数：在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSΦ表示，其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。 7．如何表达和测试功率密度？ 答：功率密度就是单位体积里的功率，一般电源里用W/in3。 ; 8．有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况？ 答：TEK推出的功率测试方案里就有一项功能——B-H曲线的分析，它能反应磁芯的工作状态，还能测出动态电感值，并得出磁芯损耗。 9．开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管反向尖峰...等引起噪声，如何用示波器鉴别？ 答：TEK的TDS5000示波器上有频域分析、分析噪声的频率段就能分析出噪声的种类，才好用相应的处理方法。示波器只能提供数据分析和波段形显示。 10．用示波器怎样可以测试到开头电源的幅射？
示波器基础（一）——示波器基础知识之二 全球最大文档库!–豆丁https://www.doczj.com/doc/e214554348.html, 1．4 水平偏转 时基 为了描绘一幅图形，我们必须要有水平和垂直两个方向的信息。示波器描绘轨迹表明信号随时间的变化情况，因此其水平偏转必须和时间成正比。示波器中控制水平偏转，即X轴的系统称为时基。 在示波器里有一个精确的扫描发生器。它使得电子束以精确的、用户可选择的速度在屏幕上扫描。时基发生器的输出示于图6。 图6 时基发生器的输出波形。图中示出扫描时间、回扫时间和隔离停止（Hold-off）时间扫描速度以每格的秒数（s/格）来度量。一台典型示波器的扫描速度范围可以从20ns/格到0。5s/格。扫描速度也和灵敏度控制一样按1－2－5的序列变化。只要我们知道了每个标尺格所代表的时间值，就可以测量出屏幕扫迹上任何两点之间的时间例如，图7和图8显示的都是1kHz的正弦波（其周期为1ms）,而扫描速率分别为1ms/格和200ms/格。（us=微秒10-6）。
图7 1kHz 的正弦波，时基设置为1ms/格 图8 1kHz的正弦波，时基设置为200μs/格
水平位置控制 水平或X轴位置控制机构X－POS可以在屏幕上沿水平方向移动扫迹。这样我们就可以把扫迹上的某一点和某一条垂直标尺线对齐，以便为时间测量规定一个起始点。 可变时基 我们可以选择不同于标准的1－2－5序列设置值的扫描速度。这样我们就能够把任意一个波形的一个周期调整成模跨整个屏幕宽度。和在Y轴方向使用VAR控制机构的情况一样多数示波器会给出指示，说明正在使用可变时基，X轴处于未校准状态。更先进的示波器，如我们用作示例的示波器，可以工作在校准的连续可变时基模式。这时由于可以用整个屏幕来显示信号中我们感兴趣的部分，所以能获得更好的测量时间分辨率。同时也能大大减少发生操作错误的可能性。 时基放大 时基放大功能通常能将X轴偏转扫描放大10倍。这样在屏幕上看到的等效时基速度也变快10倍。所以一台未经时基放大的时扫描速度为20ns/格的示波器经时基放大后可以以2ns/格的速度扫描。示波器屏幕现在就成了信号上的一个可移动的观察窗口。和简单的直接选择更快的时基速度相比，这种方法的好处是能够在保持原信号不变的情况下更加详细的观察信号的细节。 图9说明如何使用X轴位置控制来实现信号的滚动显示。 图9 时基放大和X轴位置控制
示波器基础知识一百个问答 示波器基础知识百问 1．对一个已设计完成的产品，如何用示波器经行检测分析其可靠性？ 答：示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一，通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常，验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2．决定示波器探头价格的主要因素是什么？ 答：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC 网络)。 3．一般的示波器探头的使用寿命有多长时间？探头需不需要定期的标定？ 答：示波器的探头寿命不好说，取决于使用环境和方法。 标准对于探头没有明确的计量规定，但是对于无源探头，至少在更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热，有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。 4．什么是示波器的实时采样率？ 答：实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔的倒数。据了解，目前业界的最高水平是四个通道同时使用。 5．什么是示波器的等效时间采样？ 答：等效时间采样指的是示波器把多次采集(多次触发)采集到的波形拼凑成一个波形，每次采样速率可能很慢，两次采集触发点有一定的偏移，最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高，如1ps。 6．什么是功率因数？如何如何测量？ 答：功率因数：在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSΦ表示，其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。 7．如何表达和测试功率密度？