数字示波器培训

第一节概述1.电子信息技术飞速发展对电子测试提出的挑战•通信技术:数字通信、数据传输交换、传输协议（ATM、SDH、CDMA、CDMA，五花八门）•计算机技术:渗透到各种电子设备、机电设备、家用电器等各个领域•集成电路:规模大、速度高、高复杂度•数字音频、数字视频、数字卫星、数字住宅等：2.模拟示波器无法满足新的测量要求•观察触发点以前的时间•复杂信号：模拟、数字、调制信号交织在一起•速度范围宽：从几秒一次到每秒几十千兆赫兹•经常需要扑捉几小时，甚至几天才出现一次的偶发事件•抖动的积累和测量，波形变化的测量•统计分析能力，后处理分析•测量结果拷贝、打印、组成自动测试系统3.数字化时代要用数字示波器自动校准：垂直幅度、偏移校准，水平时间延迟校准单次采集：扑捉偶发事件、非周期信号存储与测量：存储多个波形、自动测量多种参数无限余辉：扑捉偶发事件或者信号变化摸板测量：当信号超出规定的边界时把波形存储器起来接口功能：GP-IB或RS-232、并行接口4. 数字示波器的时代已经到来！•1972年，由美国Gould公司制造出世界第一台数字存储示波器•80年代中期，美国HP公司率先停止了模拟示波器的生产•90年代，Tek、LeCroy、philips等公司紧随其后，数字存储示波器的开发与生产出现激烈竞争局面•90年代后期，Tek、Agilent都纷纷推出低成本、通用型、100MHz以下数字示波器，数字示波器开始逐步取代模拟示波器5. 我所开发生产数字示波器的历史•93年开发出AV4442（750MHz）、AV4443（500MHz）两个型号，极大地震动和鼓舞了国内示波器行业•95年在AV4442的基础上，把带宽扩展到1GHz•97年研制出AV4444型1GSa/s采样率、200MHz带宽初样机•98年改进AV4443（体积、成本、功耗），成为军队列装采购的产品AV4451•2001年开发出AV4445深存储型、100MHz通用数字示波器•2003年开发出500MHz带宽、四通道VXI总线示波器模块AV6681•2004年将鉴定实用化的1GSa/s采样率、500MHz带宽VXI总线示波器模块AV6683•目前正在进行2GSa/s采样率、500MHz带宽台式示波器AV4446的开发，预计来年年底可投放市场第二节基本组成、基本技术指标和术语一、示波器的基本组成•垂直（Y轴）系统•水平（X轴）系统•触发系统•示波管（CRT）及其供电系统•整机电源三、数字示波器简化框图垂直偏转线圈1.带宽4.垂直偏转因数-垂直灵敏度10. 数字示波器的特有指标1）最高取样速率MSa/s；GSa/s通常取决于A/D转换器的转换速率2）存储深度kpts；Mpts由采集存储器容量决定3）垂直分辨率通常给出A/D转换器的比特数，但实际应该以有效比特分辨率来衡量4）重复带宽，实时带宽和单次带宽与取样率重复带宽：与模拟示波器相同，与采样速率无关实时带宽：通常用最高取样速率的1/4—1/5的频率值进行衡量单次带宽：等于实时带宽，如果采用内插算法，单次带宽可以达到最高采样率的1/2.5其中：f s ----------取样速率；MHzt/div------扫描时间因数；ns N----------记录长度；ptsNdiv t f s =**10/5）取样率、扫描时间、存储深度120k记录长度1G S/s一、取样原理2. 随机取样选择件MC68000三、取样板（A5）显示板（A2）CRT板（A13A/D转换板（A6）10 1112LRUN/STOPGATEa）CPU把操作者从前面板输入的信息装入有关各电路板的寄存器、计数器、D/A转换器。

b）CPU通过LRUN/STOP线指令时基板启动采集周期。

c）时基板发出“GATE”信号，启动A/D转换。

d）时基板发出“GATE”信号的同时，予触发延迟计数器开始向下计数。

e）触发板根据所选择的触发源等待触发事件的发生。

f）一旦有触发事件发生,即所选触发源的触发同步信号“TCLK”发生正跳变，快速触发翻转器输出一个窄脉冲。

这时可编程触发释抑计数器开始向下计数，并禁止从触发源来的信号再次触发快速翻转器。

g）当"TENBL"信号有效时，快速触发翻转器输出的窄脉冲触发慢速翻转器，产生一个跳变沿，确立触发点，并做为所谓异步触发信号"ATRIG"启动精密内插斜坡发生器，当下一个主时钟沿到来时，产生同步触发信号（STRIG）。

h）精密内插器测量"ATRIG"至"STRIG"（下一个主时钟）之间的时间（图中tf）。

i）时基板收到"STRIG"后，对"STRIG"至下一个取样时钟"SMCLK"之间（图中tS ）的主时钟个数进行计数，同时也启动后触发延迟计数器向下计数。

当后触发延迟计数器达到零时，时基板使"GATE"信号变低，A/D转换器停止转换。

j）至此，一个采集周期完成，时基板的BUSY/DONE信号处于"闲"态，CPU撤消RUN/STOP信号（即置为STOP状态）。

然后读采集RAM中的数据（幅度样品）和粗内插器及精内插器中的数据（时间样品），并处理加工这些数据，重组样品点，以可供显示的数据送至波形显示RAM 中，显示刷新电路以确定的速率（20Mbps）读取波形RAM，并以象素的形式显示在CRT屏幕上。

小结11）示波器基本组成：垂直、水平、触发、显示2）数字示波器工作的四大基本要素：幅度量化时间量化触发点（时间参考点）显示象素重组3）控制处理中心：微处理器系统4）心脏：采集时钟、处理器时钟5）取样方式：实时取样、等效取样（随机、顺序）第四节主要技术指标一、AV4445的主要技术指标1.垂直系统a) 带宽重复带宽：DC—100MHz(≥10mV/div)DC—60MHz (＜10mV/div)单次带宽：DC—40MHzb) 上升时间重复：≤3.5 ns (≥10mV/div )；≤5.83 ns (＜10mV/div )单次: ≤8.75nsc) 上冲：≤5%(≥10mV/div)；≤10%(＜10mV/div)d) 偏转因数：2mV/div—5V/div(1、2、5步进)e) 偏转因数误差(10—30℃)：±1.5%满度±2%读数±1LSB(在2mV/div误差增加±1m) 注:1LSB定义为0.4%满刻度。

在0—9℃和31—40℃时，误差增加2%读数。

f) 偏移范围：±2V（＜200mV/div)，±40V（≥200mV/div)g) 输入电阻：1MΩ±1%h) 输入电容：≤13pF4. 功能特性1) 数字化器a) 分辨率：8bitb) 数字化速率：200MSa/sc) 记录长度：1Mpts2)显示系统a) 显示格式：全部为网格（8×10），或带刻度的方框b) 显示方式：正常、峰值检测、平滑（平均）、矢量c) 平均次数：4、8、16、32、64、128、256次可选3)垂直系统a) 输入耦合：DC、AC、GNDb) 带宽限制：上限带宽约20MHz（-3dB）c) 垂直灵敏度细调：可在1、2、5步进之间调节d) 探头系数：X1、X10、X20、X100e) 通道运算：通道1+通道2，通道1-通道24)水平系统a) 扫描方式：主扫描、延迟扫描、滚动、XYb) 延迟扫描：最快2ns/divc) 扫描时间细调：可在1、2、5步进之间调节d) 水平时间分辨率：40pse) 参考点位置：可以设定在显示器的左边、中心或右边。

5)触发系统a) 触发源：内（通道1、通道2）、外、交流（50Hz）b) 触发方式：自动电平、自动、常态c) 触发条件: 上升沿、下降沿、毛刺、TVd) 耦合方式：AC耦合、DC耦合、高频抑制（HF）、低频抑制（LF）、噪声抑制e) 释抑时间：200ns～25s6)辅助测量a) 光标测量：可用双电压光标或双时间光标测量b) 电压测量：可对指定的通道波形进行Vp-p、Vavg、Vrms、Vmax、Vmin、Vtop、Vbase测量c) 时间测量：可对指定的通道波形进行频率、周期、占空比、正宽度、负宽度、上升时间和下降时间测量7) 带有接口卡后，增加的测量存储功能l串口/并口+测量存储卡a）RS-232串口功能；b）Centronix标准并口功能；c）扩展存储：100个波形带时间标记；d）扩展测量：增加电压予冲、电压过冲、电压幅度;廷迟测量、相位测量。

通道波形的加(+)、减(-)、乘(*)、积分、微分、FFT运算、模板编辑和通过/不通过测量能力；e）实时钟设置；f）直接打印输出，可选LX-800或LJ6P(联想)等类型打印机。

l GP-IB+测量存储卡a）GP-IB接口符合IEEE488.1的规定。

接口信号包括SH1，AH1，T5，L4，SR1，RL1，PP1，DC1，DT1，C0和E2；b）扩展存储：100个波形带时间标记；c）扩展测量：增加电压予冲、电压过冲、电压幅度;廷迟测量、相位测量；通道波形的加(+)、减(-)、乘(*)、积分、微分、FFT运算、模板编辑和通过/不通过测量能力；d）实时钟设置。

1. 垂直系统(10℃—30℃)带宽：DC—500MHz (50Ω)（10mV 、20mV 档DC—350MHz ）DC—300MHz (1M Ω)上升时间：≤700ps (50Ω)≤1ns （50Ω10mV 、20mV 档）≤1.2ns (1M Ω)上冲：≤5% (50Ω)≤10% (1M Ω)偏转因数：10mV/div—1V/div偏转因数误差：±1%满刻度±2%读数（10℃～30℃）±1%满刻度±5%读数（10℃～30℃以外）偏移范围：±1.5×满度(以屏幕水平中心线为参考)输入电阻：1M Ω或50Ω可选输入电容：10pF二、AV4451的主要技术指标2. 水平时基系统扫描时间因数：100ps/div—1s/div扫描时间因数误差：100ps/div—500ns/div：200ps±0.5％×△t读数1μs/div—1s/div：±0.03％×△t读数延迟范围：负延迟-200ms或-10格(取较大者)正延迟+1.6s或+600,000格(取较大者)3. 触发系统触发电平范围：±2×满刻度(以水平中心线为参考)触发灵敏度：1div (DC—100MHz)2div (100MHz—300MHz)*触发晃动(3min)：≤200psp—p4. 功能特性1) 数字化器a) 分辩率：8bit(使用平均可达10bit)b) 数字化速率：20MSa/sc) 单次带宽>8MHz(正弦内插)2) 显示a) 显示格式：分离屏幕或满屏幕b) 显示方式可变余辉方式：余辉时间200ms～10s或无限长,显示亮度保持不变。