示波器基础系列之一 —— 关于示波器带宽

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

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.https://www.sodocs.net/doc/6a14533865.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

示波器基础系列之一——关于示波器的带宽（续）

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。力科的一篇技术白皮书中对此有非常详细的解释。

https://www.sodocs.net/doc/6a14533865.html,/tm/Library/WhitePapers/PDF/Eye_Patterns_in_Scop es-designcon_2005.pdf (这份白皮书的第一作者Peter是DSP提升带宽，Eye 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6GHz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4GHz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USB

2.0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，1GHz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USB-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

示波器探头基础知识

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。

示波器探头基础系列之一《示波器探头浅谈之无源探头》

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

一文看懂示波器标配的探头

一文看懂示波器标配的探头 示波器标配探头看似简单，却是测量领域的高频问题，而网上的资料又太过零散。此次我们将有关示波器标配探头的内部培训资料公开到微信平台上，大家可以收藏日后自查。 本文所述主要针对100M带宽~500M带宽示波器标配的探头，受限于篇幅，本文内容不涉及有源探头。从问题的角度切入，简单回答一下工程师最常问到的一些问题。 1、不同品牌的探头可以互相用么？ 一般分专用接口和通用接口。如果是标准的BNC接口，并且带宽差别不大是可以的，但如果是专用接口（只要它在官网上的接口写的是乱七八糟的英文名字，则一般是专用接口），探头必须和示波器绑定，不同互相用的。 Tip：还是不建议买专用接口的探头，对于普通探头而言，一是没必要，因为本来就不需要供电；二是买以后更换示波器无形之中增加了替换成本（探头也要全换掉）。 2、同一品牌不同带宽的示波器探头可以互相用么？ 不能，不同示波器标配的探头即使外形相似，但是带宽可能不同，这也大大影响探头的性能和成本。高带宽示波器的探头在低带宽示波器上无法发挥价值，低带宽示波器的探头也无法充分发挥高带宽示波器的性能。 Tip：如ZDS2024Plus示波器标配的探头ZP1025Sa，其带宽最大为250M。而ZDS4054Plus 示波器标配的探头ZP1050，其带宽约为600M。如果使用ZP1025Sa连接500M带宽的示波器，则示波器的带宽只能在250M左右。所以，不要在淘宝上随便买一根就行哦，一定要留意探头参数。 以ZP1025Sa为例，其具体参数如下：

3、为什么有些示波器标配的探头档位可调，有什么分别？ 一般对于低带宽示波器（如200M带宽）来说标配探头档位可调，X1档和X10档主要有三个区别： 衰减区别：X1档位下信号不衰减，X10档位信号衰减为原来的1/10，因此此时需要在对应通道补偿衰减比例 带宽区别：X1档位由于没有电容补偿，带宽较小（10M左右），主要针对低频信号测量，而X10档位引入了电容补偿，带宽较大（大于200M） 耐压区别：X1档位最多耐压150VRMS，X10档位最多耐压300VRMS 4、如果示波器标配探头中没有可调档位，那么衰减比例是多少？ 一般来说默认X10档位衰减，具体可以留意探头底部的圆形标签，也可以查阅探头包装中的datasheet。 Tip：探头包装里面的datasheet还是很重要的，可以拍照之后留在手机/电脑里，很多同学收到货之后马上就扔了。 5、示波器标配探头什么时候要调节补偿电容呢？ 所有的示波器都会设置校准信号输出端子，用于调节补偿电容。如果需要精确测量示波器的幅值，电容是一定要补偿良好的。留意以下三种情况一般需要调节补偿： 1、新示波器刚刚开箱时一定要调； 2、非标配示波器探头混用时一定要调； 3、更 换通道时需要重新调。 6、如何进行补偿电容调节？ ◆首先将探头的信号输出端与接地端连接到示波器前面板的校准信号输出端和接地端。 ◆然后将探头衰减档位切换开关拨到×10档；调节示波器，使屏幕上显示2~3个信号周 期，并且使得信号幅值占据2至6格的垂直刻度。 ◆最后用随探头附带的调节棒调节低频补偿调节孔，直到方波顶部最平坦，此时的探头就 是经过低频补偿的。如下图所示。

数字示波器的简单使用

预备实验：数字示波器使用方法（简介） 内容提示：1、数字示波器功能简介 2、示波器面板照 3、示波器各按钮操作功能 4、示波显示状态的含义 5、常用功能按钮的操作 6、垂直控制按钮的操作 7、水平控制按钮的操作显示 8、触发电平控制按钮的操作 9、操作注意事项 10、显示、测量直流信号 11、显示、测量交流信号 一、数字示波器功能简介 数字示波器是一种小巧，轻型、便携式的可用来进行以接地电平为参考点测量的数字式实时示波器。它的屏幕既能显示被测信号的波形，还能显示被测信号的电压幅度、周期、频率等有关电参数。 ADS1000CA特点： ●全新的超薄外观设计、体积小巧、携带更方便 ●彩色TFT LCD 显示，波形显示更清晰、稳定 ●双通道，带宽: 25MHZ-100MHZ ●实时采样率：1GSa/s ●存储深度：2Mpts ●丰富的触发功能：边沿、脉冲、视频、斜率、交替、延迟 ●独特的数字滤波与波形录制功能 ●Pass/Fail 功能 ●32 种自动测量功能 ●2 组参考波形、20 组普通波形、20 组设置内部存储/调出；支持波形、设置、CSV 和位图文件U 盘外部存储及调出 ●手动、追踪、自动光标测量功能 ●通道波形与FFT 波形同时分屏显示功能 ●模拟通道的波形亮度及屏幕网格亮度可调 ●弹出式菜单显示模式，用户操作更灵活、自然 ●丰富的界面显示风格：经典、现代、传统、简洁 ●多种语言界面显示，中英文在线帮助系统 ●标准配置接口：USB Host：支持U 盘存储并能通过U 盘进行系统软件升级； USB Device：支持PictBridge 直接打印及与PC 连接远程控制；RS-232

示波器基础(一)——示波器基础知识之一

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：

数字示波器使用方法

数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。 区分模拟带宽和数字实时带宽 带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。 有关采样速率 采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。 1.如果采样速率不够，容易出现混迭现象 如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50KHz，这是怎么回事呢？这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率，或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了，而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么，对于一个未知频率的波形，如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢？可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档，看波形的频率参数是否急剧改变，如果是，说明波形混迭已经发生；或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来，也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭，如一个500MHz的信号，至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生： ·调整扫速； ·采用自动设置（Autoset）； ·试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式，因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值，而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找最大最小值，这两种方法都能检测到较快的信号变化。 ·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以选用，因为这种方式采集波形速度快，用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。 2.采样速率与t/div的关系 每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是，在任意一个扫描时间t/div，采样速率fs由下式给出： fs=N/(t/div) N为每格采样点

数字示波器使用方法总结

数字示波器使用小方法 前言 本文的结构逐条编排，目的是使内容成为开放性和可添加型的，欢迎有经验的同事增加新的内容。 对本文中用到按键符号作如下规定： TRIGGER MENU→Type(main)→Edge(pop-up)→Coupling(main)→DC(Side) 代表按面板上的TRIGGER MENU键，再按显示屏下方的T ype键，重复按这个钮直到Edge高亮显示，再按显示屏下方的Coupling，再按显示屏右侧的DC键。 注：main代表显示屏下方的键，Side代表显示屏右方的键,pop-up代表一直按此键，直到项目高亮显示。 目录 一．安全问题 (1) 二．使用探头 (2) 三．触发方式 (11) 四．测试方法 (15) 五．小常识、小经验 (23)

一．安全问题 结论一示波器电源线要用三相插头良好接地（即接实验室的地线）说明为了避免电冲击对示波器造成损伤，输出及输入端进行电气连接前要保证示波器良好接地。 结论二探头地线只能接电路板上的地线，不可以搭接在电路板的正、负电源端说明交流供电系统或经整流后直流供电的系统的地一般都是接大地的。探头的地也是经示波器安全地线接大地的。如果探头的地搭在电路板上不是地的点上，就会造成此点和电源地短路，轻者使电路板工作不正常，重者会烧坏电路板或探头，造成严重后果。 尤其注意不能把探头的地接到电路板上的正、负电源端。 结论三不允许在探头还连接着被测试电路时插拔探头。 说明避免对示波器和探头造成损伤，尤其是有源探头。厂家说明。 结论四信号的幅度不要超过探头和示波器的安全幅度，以免造成损坏说明信号幅度超过±40V时，用有源探头P6245和P6243测量会造成探头的损坏。不同探头的幅度量程是不同的，要留心探头及示波器上的说明文字。

示波器探头基础系列之差分探头

示波器探头基础系列之差分探头 引言 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。 1、差分测量特点 探头从总体上可分为无源探头和有源探头两大类型，而宽带宽示波器和有源探头的用户还需要在单端探头和差分探头之间还要做出选择。承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。本文主要讲的是分差探头。差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： 1.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消。 2.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 3.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS就是指这种小振幅差分信号技术。

示波器基础

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）。

力科示波器探头使用指南

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。

示波器基础系列之十二-力科示波器的一次性测量功能-AIM

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。

DS1052E型数字示波器使用说明书

DS1052E 型数字示波器使用说明 概述 DS1052E 型示波器以优异的技术指标及众多功能特性的完美 结合，向用户提供了简单而功能明晰的前面板，以进行所有的基本操作。各通道的标度和位置旋钮提供了直观的操 作，完全符合传统仪器的使用习惯，用户不必花大量的时间去学习和熟悉示波器的操作， 即可熟练使用。为加速调整，便于测量，用户可直接按AUTO 键，立即获得适合的波形显 现和档位设置。除易于使用之外，示波器还具有更快完成测量任务所需要的高性能指标和 强大功能。通过1GSa/s 的实时采样和25GSa/ s 的等效采样，可在示波器上观察更快的信号。 强大的触发和分析能力使其易于捕获和分析波形。清晰的液晶显示和数学运算功能，便于 用户更快更清晰地观察和分析信号问题。

技术性能 50MHz 。双模拟通道，每通道带宽： 分辨率。×234 320高清晰彩色液晶显示系统： USB 存储设备以及USB 接口打印机，并可通过USB 存储设备进支持即插即用闪存式 行软件升级。 模拟通道的波形亮度可调。 AUTO ）。自动波形、状态设置（ 波形、设置、CSV 和位图文件存储以及波形和设置再现。 精细的延迟扫描功能，轻易兼顾波形细节与概貌。 自动测量20 种波形参数。 自动光标跟踪测量功能。 独特的波形录制和回放功能。 内嵌FFT。 LPF，HPF，BPF，BRF 。实用的数字滤波器，包含 Pass/ Fail 检测功能，光电隔离的输出端口。Pass/ Fail 多重波形数学运算功能。 独一无二的可变触发灵敏度，适应不同场合下特殊测量要求。多国语言菜单显示。 弹出式菜单显示，用户操作更方便、直观。

示波器基础知识

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。

示波器探头基础知识

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 ??????

示波器基础系列之一 —— 关于示波器带宽

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

示波器的认识及使用

调整与使用示波器 郭明超 09015008 1．实验目的 （1）了解示波器的基本结构，熟悉数字示波器的调节和使用； （2）学会用数字示波器观测电压波形； （3）通过观测李萨如图形，学会一种用示波器测量频率和相位的方法。 2．实验仪器 GDS-2062数字示波器一台，F-05数字合成函数信号发生器一台。 3．实验原理 (1) 示波器的基本机构 示波器的规格和型号较多，但所有的示波器所具有的基本结构都相同，大致可分为：示波管（又称阴极射线管）、X 轴放大器和Y 轴放大器（含各自的衰减器）、锯齿波发生器等，见图8-1所示。 ○1示波管 示波管是示波器的核心部件，它主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，这三部分全部被密封在高真空的玻璃外壳内（如图8-2所示）。电子枪有灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极共五部分组成。灯丝通电后加热表面涂有氧化物的金属圆筒（即阴极），使之发射电子。控制栅极是一个套在阴极外面的金属圆筒，其顶端有一小孔，它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起减速作用， 只有初速度较大的电子才可能穿过栅极顶端的小孔，进入加速区的阳极。因此控制栅极实际上起控制电子流密度的作用。调整示波器面板上的“亮度”旋纽，其实就是调节栅极电位改变飞出栅极的电子数目，飞出的电子数目越多，荧光屏上亮斑就越亮。从栅极飞出来的电子再经过第一阳极和第二阳极的加速与聚焦后打到荧光屏上形成一个明亮清晰的小圆点。偏转系统是由两对相互垂直的电极板组成。电子束通过偏转系统时，同时受到两个相互垂直方向的电场的作用，荧光屏上小亮点的运动轨迹就是电子束在这两个方向运动的叠加。 ○ 2X 、Y 轴电压放大器和衰减器 由于示波管本身的X 及Y 偏转板的灵敏度不高（约0.1~1mm /V ），当加在偏转板上的信号电压较小时，电子束不能发生足够的偏转，屏上的光点位移较小，不便观测。这就需要 Y 输入 X 图8-1 示波器的基本结构图 偏转系统 图8-2 示波管结构图

示波器探头基础知识

作者：聂文伟 Oscilloscope.China@https://www.sodocs.net/doc/6a14533865.html,，“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！ 在绝大多数示波器测量环境下，我们都需要使用探头。示波器探头有很多种，内部原理构造迥异，使用方法也各不相同。本文主要给大家介绍示波器探头的种类及工作原理，探头使用过程注意事项以及如何选择示波器探头。 1 示波器探头种类及工作原理 对于DC直流或一般低频信号而言，示波器探头只是一个由特定阻抗R所形成的一段传输线缆。而随着待测信号频率的增加和不规则性，示波器探头在测量过程中会引入寄生电容C以及电感L，寄生电容会衰减信号的高频成分，使信号的上升沿变缓。寄生电感则会与寄生电容一起构成谐振回路，使信号产生谐振现象。所有这些都会对我们测量信号的准确性带来挑战。 图1 探头电气特性示意图 示波器探头按供电方式分可分为无源探头和有源探头。无源探头又分为无源低压、无源高压及低阻传输线探头等，有源探头又分为有源单端、有源差分、高压差分探头等。此外，在一些特殊应用下，还会使用到电流探头（AC、DC）、近场探头、逻辑探头以及各类传感器（光、温度、振动）探头等。 无源探头是最常用的一类电压探头，也是我们在购买示波器时标配赠送的探头。如图2所示。

示波器基础系列

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

示波器基础系列之七 —— 关于示波器的RIS模式和Roll模式

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。

示波器基础系列之九-关于高压测试中电压“测不准”问题的讨论(1)

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。