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* 示波器的原理和使用基础知识
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示波器的原理和使用基础知识


作者:未知    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2007-5-15
  数字荧光示波器

  数字荧光示波器(DPO)为示波器系列增加了一种新的类型,能实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息:幅度、时间和整个时间的幅度分布。

  DSO采用串行处理的体系结构捕获、显示和分析信号;相对而言,DPO为完成这些功能采用的是并行体系结构,如图一、二所示。并行结构和基于ASIC硬件的处理技术,使数字荧光示波器能够捕捉到当今复杂的动态信号中的全部细节和异常情况,并以人类的眼睛的接受速度显示出来。

  普通数字示波器要观察偶发事件需要使用长时间记录,然后作信号处理,这种办法会漏掉非周期性出现的信号和不能显示出信号的动态特性。数字荧光示波器能够显示复杂波形中的微细差别,以及出现的频繁程度。例如观察电视信号,既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号,还要记录电视信号中的异常现象,对于专业人员和维修人员都是同样重要的。

  例.TEK公司的TDS3000系列数字荧光示波器提供多种测试模块,可以从前面板右上角插入六种模块。例如触发模块可作逻辑状态、逻辑图形触发,以及脉冲参数(上升、下降沿、宽度、周期等);电视模块专用于多种制式的(NTSC、PAL和SECAM)波形记录;快速傅里叶变换(FFT)模块可快速显示信号的频率成分和频谱分布,既可分析脉冲响应,亦可分析谐波分布,并且识别和定位噪声和干扰来源。还有高级分析模块和极限测试模块。

  TDS3000系列示波器是便携式的,重量不到7磅,可由电池供电,特别适于现场使用。

 

图一:数字存储示波器(DSO)串行结构

 

图二:数字荧光示波器(DPO)并行结构

2、如何选择示波器

  自从示波器问世以来,它一直是最重要、最常用的电子测试工具之一 ;由于电子技术的发展,示波器的能力也在不断提升,其性能与价格也五花八门,市场参差不齐,本文从多方面阐述您如何选择示波器。

  了解您的信号?

  您要知道您用示波器观察什么?既您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?您的信号是否有复杂的特性?您的信号是重复信号还是单次信号?您要测量的信号过渡过程带宽,或者上升时间是多大?您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等?您打算同时显示多少信号?

  模拟还是数字?

  参见前面的《示波器发展》。总之,传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的面板控制,价格低廉,因而总觉得模拟示波器“使用方便”。但是随着A/D转换器速度逐年提高和价格不断降低,以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的各种功能,数字示波器已独领风骚。

  带宽如何?

  带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率,即70.7%,带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加,示波器对信号的准确显示能力将下降,如果没有足够的带宽,示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽,得到的关于信号的所有特性,响铃和振鸣等都毫无意义。

  一个决定您所需要的示波器带宽有效的经验法则是“5倍准则”;即将您要测量的信号最高频率分量乘以5。这将会使您在测量中获得高于2%的精度。  在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知道它的最快上升时间,大多数字示波器的频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间:Bw=0.35/信号的最快上升时间。

  带宽有两种类型:重复(或等效时间)带宽和实时(或单次)带宽。重复带宽只适用于重复的信号,显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率,且当捕捉的事件不是经常出现时要求相当苛刻。实时带宽与采样速率联系在一起。

 由于更宽的带宽往往意味着更高的价格,因此应对照你的预算来评定通常要观察信号的频率成分。

  采样速率怎样?

  定义为每秒采样次数(S/s),指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丢失的概率就越小。

  如果需要观测较长时间范围内的慢变信号,则最小采样速率就变得较为重要。为了在显示的波形记录中保持固定的波形数,需要调整水平控制按钮,而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。

  如何计算采样速率?计算方法取决于所测量的波形的类型,以及示波器所采用的信号重建方式。

  为了准确地再现信号并避免混淆,奈奎斯定理规定:信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而,这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度,而且,从定义上看,低频干扰是不连续的,所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。

  实际上,信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。一些示波器会为操作者提供以下选择:测量正弦信号的正弦插值法,以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。

  有一个在比较取样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插(通过筛选以便在取样点间重新生成),则(取样速率/信号带宽)的比值至少应为4∶1。无正弦内插时,则应采取10∶1的比值。

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