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示波器基础知识(四)

更新时间:2013-09-26      浏览次数:1857

1、示波器指标中的带宽如何理解?

 

答:带宽是示波器的基本指标,和放大器带宽的定义一样,是所谓的-3dB点,即,在示波器 的输入加正弦波,幅度衰减为实际幅度的70.7%时的频率点称为带宽。也就是说,使用100MHz带宽的示波器 测量1V,100MHz的正弦波,得到的幅度只有0.707V。这还只是正弦波的情形。因此,我们在选择示波器 的时候,为达到一定的测量精度,应该选择信号zui高频率5倍的带宽。

 

2、测量系统的总带宽如何获得?

 

答:测量系统的总带宽=0.35/上升时间(1GHz以下示波器 )。

 

3、在带宽一定的条件下,采样频率太大是否也没有太大的意义?

 

答:带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。使用泰克的示波器每个被测信号周期只需2.5个点就能够zui大限度的重构波形。其它一些示波器 需要大于4个样点/周期,即100MHZ带宽示波器 单次采集至少需要400MS/s的采样率,有些示波器 甚至需要10个点(线性内插技术)才能保证采集信号有意义。

 

4、所谓高斯响应示波器和平坦响应示波器各有何优缺点和适合的领域?

 

答:在示波器的规范中并没有平坦相应和高斯相应的指标。在示波器中会出现类似的比较或探讨,可能有如下原因:

 

*,示波器是时域的仪器,从泰克发明*台可触发的模拟示波器以来,示波器的带宽一直是zui重要的指标,它是指示波器 内部的前置放大器的模拟带宽。但是示波器 带宽的定义却是频域的定义,即正弦波幅度衰减到-3dB点时的频率点。一个复杂高速信号含有丰富的频谱分量,如果需要测量信号,必须知道它们的每一个频谱分量的幅度和相位,所以示波器 的幅频特性和相频特性非常重要。

 

从zui近几年的发展来看,目前数字示波器的带宽越做越高,从泰克2000年推出TDS7000;4GHZ带宽示波器,2001年推出TDS6000;6GHZ带宽示波器,2003年推出TDS7704B;7GHZ带宽示波器,到zui近TDS6804B;8GHZ带宽示波器,带宽几乎每年都在提升。当示波器带宽到达几个GHZ时,前置放大器作为模拟器件,保证良好的幅频和相频特性越来越难,泰克是掌握这一zui关键技术的*公司。有些厂商无法做到,就不得不采用其它的一些方法来修补模拟器件带宽的不足,获得更高的带宽,频响曲线自然发生变化。

 

随着目前各种高速信号越来越多,信号速率越来越快,对实时示波器提出了新的要求,示波器厂商的数字示波器中也出现了一些新的技术,zui显著的是示波器通过数字信号处理技术(DSP)来得到更好的性能。DSP就在数字示波器主要应用包括:增强带宽、更快的上升时间、增益和波形校准与改善、幅度和相位的改善、光参考接收机归一化;其中泰克的第三代 示波器(DPO)就是DSP技术的体现。合理的利用DSP可以提升示波器测试的信号保真度。

 

但是,DSP技术的使用会是每一个示波器的使用者产生迷惑,特别是在“带宽是否可以通过DSP可以提升”,“示波器 的带宽是模拟带宽,和DSP技术有何关系”,“当前的示波器 带宽到底是模拟带宽还是DSP带宽?”“DSP技术带来的负面效应是什么?”

 

在泰克的TDS6804B;8GHZ带宽的示波器中的模拟带宽是7GHZ,通过DSP增强后的带宽是8GHZ,为了保证每一个测试人员对这两种方式的理解,在TDS6804B中可以打开和关闭DSP的带宽增强功能。泰克将DSP增强带宽带来的优点和问题告诉每一个测试人员,帮助测试人员理解模拟带宽和DSP增强带宽的测试结果,更好的进行高速信号测试。

 

5、除高斯响应示波器和平坦响应示波器之外,还有基于其它响应的示波器吗?

 

答:示波器前置放大器的频响特性是决定测试结果的zui关键因素,它由模拟器件决定。关键在于用何种方法来获得足够的频响。

 

6、以前在用TDS744,TDS745等示波器时,使用的是无源探头(如P6139A,带宽500M)。在购买了有源探头(P6237)之后,从测试波形来看(特别是测高频信号时),两者的测试结果差异较大。从探头参数得知,有源探头的输入电容,而无源探头则为10pF左右,这样看来应该是有源探头的测试结果更能反映信号真实的情况。既然无源探头对高频信号衰减很大,那么500M的带宽有什么意义呢?如何根据测试情况来选择使用有源或无源探头?

 

答:您的P6139A探头加上泰克的500MHz示波器典型带宽值还是可以达到500MHz,但是正如您所说,其输入电容不同,这一电容将产生对于待测信号的负载效应,造成信号振铃,形状发生改变,因此这个时候使用有源探头时能反映信号的真实情况。实际上,使用探头不光要考虑带宽,所有这些因素我们在测量高频信号的时候都要考虑:带宽/上升时间、动态范围、负载效应、接地效应、共振效应,尤其P6139A时您还要考虑地线的影响,探头上的接地线也会带来振铃,测量高频信号的时候应该尽量缩短地线的长度。

 

另外,您使用的P6247是有源差分探头,共模的影响也可能是一个因素。

选择无源探头主要是因为其动态范围大,比如P6139A可以测量从毫伏到几百伏的信号,而P6247只能测量+-8.5V的信号。另外有源探头价格也是一个因素。

 

7、实验时,示波器接地线后,导致MOsfet炸掉,现在将示波器都剪掉了地线。这是什么原因?

 

答:为保证测试中的人身安全以及获得良好的测量效果,一般示波器的所有探头的地线都与机壳连接在一起,并连接到示波器电源线的地线。因此,您在电源中测量MOSFET管波形的时候,如果其中任何一个点都不是地,就会产生问题,如下图所示。

 

剪断地线可以防止对MOSFET管测试中的短路问题,但是也会带来一些其它的测试问题,比如示波器机壳带电,示波器机壳分布参数对测量信号造成影响等。解决的办法是使用差分探头,比如泰克的P5205,可以测量所谓的2个测试点都不是地的差分信号。

 

8、用示波器抓取数据时,发现存储的文本里只有当前屏幕的数据,且是按照resolution为时间间隔的。如何利用软件实时处理数据(matlab?),如何抓到更多数据?

 

答:泰克示波器采用压缩屏幕的显示风格,即屏幕显示的波形为采集下来的所有数据,配合TDS5000B的multiViewZoom功能,可以方便显示所有波形。

 

泰克TDS5000B,TDS6000,TDS7000B,TDS8000B系列示波器都采用*开放的WINDOWS平台,支持当前所有的流行工具,象Matlab,LabView,VB,VC,.NET,MicroSoft,Office,VBA等等,可以灵活进行数据分析和处理。

 

这些分析工具还可以直接安装在示波器里面,构成一台集数据采集,分析,显示,处理的仪器。单次采集更多的数据,需要示波器 配备更深的存储深度,象TDS5000B系列通用示波器 可以支持到16M内存。

 

9、影响示波器工作速度的因素有哪些?

 

答:实际上任何一台示波器的原理都差不多,前端是数据采集系统,后端是计算机处理。影响速度主要有两方面,一是从前端数采到后端处理的数据传输,一般都是用PCI总线,此乃传输瓶颈,但已有新技术可以突破;另一个是后端的处理方式,提高处理速度可以通过数据分包共享来实现。

 

10、我们的应用通?;岵痘?M甚至更多的数据进行分析,且采样率通?;岣叽?0GS/S,但在进行参数测试和FFT等分析时总是显得很慢,为什么?

 

答:处理的数据量大,速度自然会慢。要想获得大数据量的高速实时FFT分析,除非采用FFT处理器,但成本较高。

 

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