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新型数字示波器的应用(一)

为帮助工程师解决测试挑战,《电子工程专辑》网站日前特别推出了“新型数字示波器的应用”专题研讨论坛,并 邀请到安捷伦科技公司电子仪器与系统事业部全球市场经理Johnnie Hancock及亚太区示波器数字电路测试业务 开发经理杜吉伟担任论坛嘉宾,工程师就新型数字示波器的应用与专家进行了交流。我们现将论坛中的精彩问答以 l0个问答的形式刊出,希望能使更多的工程师从中受益

示波器一直是工程师设计、调试产品的好帮手。但随着计算机、半导体和通信技术的发展,电路系统的信号时 钟速度越来越快,信号上升时间也越来越短,导致因底层模拟信号完整性问题引发的数字错误日益突出。针对这些 新的测试挑战,示波器供应商不断推出了性能更好的数字示波器。但要想准确快速地对系统信号进行分析,测量时 还有很多新的因素必须考虑。如仪器速度能否跟上被测信号的变化、带宽是否足够、测量方法会不会引入干扰,甚 至还有所使用的探头是否合适等等。

下面是本次论坛中一些有代表性,同时也是工程师比较关注的问题及专家的解答,如果您对本文及观点有其它 意见与建议,欢迎和我们联系。

问题1:每一台示波器都有一个频率范围,例如10M、60M、100M...我手头上使用的示波器标称为60MHz,是不是 可以理解为艺最大可以溯到60MHz,可我用它测4.1943MHz的方波时都测不到,总是什么原因呢?

答:60MHz带宽示波器,并不意味着它可以很好地测量60MHz的信号。根据示波器带宽的定义,如果输入峰峰值为 lV的60MHz正弦波到60MHz带宽示波器上,那么您在示波器上将可以看到0.707V的信号(30%幅值测量误差)。如果测 试方波,选择示波器的参考标准应是信号上升时间,示波器带宽=0.35/信号上升时间×3,此时您的上升时间测量误 差为5.4%左右。

示波器的探头带宽也很重要,若使用的示波器探头包括其前端附件构成的系统带宽很低,将会使示波器带宽大 大下降。如若使用20MHz带宽的探头,则能实现的最大带宽是20MHz,如果在探头前端使用连接导线,将会进一步降低 探头性能,但对4MHz左右方波不应有太大影响,因为速度不是很快。

另外,还要看一下示波器使用手册,有的60MHz示波器在1:1设置下,其实际带宽将会锐减到6MHz以下,对于4MHz 左右的方波,其三次谐波是12MHz,五次谐波是20MHz,如果带宽降到6MHz,对信号幅值衰减很大,即使能看到信号也绝 对不是方波,而是幅值被衰减了的正弦波。

当然,测不出信号的原因可能有很多种,如探头接触不好(该现象很容易排除),建议用BNC电缆连接一函数发生 器,检验该示波器本身有没有问题,探头有没有问题,如有问题,可以和厂商直接联系。

问题2:存些瞬时信号稍纵即逝,如何捕捉并使其重现?

答:将示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成Normal,触发条件设置成边沿触发,并将触发电平调到适当 值,然后将扫描方式设置成单次方式),注意示波器存储深度将决定您能采集信号的时间以及能用到的最大采样速 率。

问题3:在PLL中周期抖动可以衡量一个设计的好坏,但是要精确测量却非常困难,存什么方法和技巧吗?

答:在使用示波器时,要注意其本身的抖动相关指标是否满足您的测试需求,如示波器本身的触发抖动指标等。 同时要注意使用不同的探头和探头连接附件时,若不能保证示波器的系统带宽,测量结果也会不准确。另外关于PLL 设置时间的测量,可使用示波器+USB-GPIB适配器+软件选件来完成,也可以用较为便宜的调制域分析仪。

问题4:为什么我的示波器有时候抓不到经过放大后的启流信号呢?

答:如果信号的确存在,但示波器有时能抓到有时抓不到,这就可能和示波器的设置有关系。通常可将示波器触 发模式设置成Normal,触发条件设置成边沿触发,并将触发电平调到适当值,然后将扫描方式设置成单次方式。如果 这种方式还不行,那就可能是仪器出了问题。

问题5:如何测量电源纹波?

答:可以先用示波器将整个波形捕获,然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可),同 时还要利用示波器的FFT功能从频域进行分析。

问题6:新型数字示波器怎样用于单片机开发?

答:I2C总线信号一般工作速率不会超过400kbps,最近也出现了几Mbps的芯片,有的示波器在设置触发条件时, 无需顾及不同速率的影响,但对其它总线,如CAN总线,则需要先在示波器上设置CAN总线当前的实际工作速率,以便 示波器能够正确理解协议并正确触发。若想对Inter-IC总线信号进行进一步的分析,如协议级分析,可使用逻辑分 析仪,但相对来说价格比较高。

问题7:关于模拟数字示波器此校的问题:1.模拟数字示波器在观察波形的细部时,哪一个更具存优势呢(例 如在过零点和峰值时,观察l%以下寄生波形)?2.数字示波捞一般提供在线显示均方根值,它的精度一般是多少呢?

答:1.观察1%以下寄生波形,无论是模拟示波器还是数字示波器,观察精度都不是很好。模拟示波器的垂直精度 未必比数字示波器更高,如某500MHz带宽的模拟示波器垂直精度是±3%,这并不比数字示波器(通常精度为l~2%)更 具优势,而且对细节,数字示波器的自动测量功能比模拟示波器的人工测量更精确。

2.对于示波器的幅值测量精度,很多人用A/D位数来衡量。实际上,随着您所用的示波器带宽、实际采样率设置 等,它会有所变化。如果带宽不够,本身带来的幅值测量误差就很大,若带宽够了,采样设置很高,实际的幅值测量精 度也不如采样率低时候的精度(您有时可参考示波器的用户手册,它可能会给出不同采样率下,示波器的A/D实际有 效位数)。总的来讲,示波器测量幅值,包括均方根值

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