很多初学示波器的工程师最关心的是“怎么让波形出来”,这时候我们一般都被教会了要用“AutoSet”键。 但如果AutoSet之后波形还是出不来,我们往往不知所措了; 或者是即使Auto Set能使波形出来,就可以往下进行测量和分析了吗? 只有很初级的工程师会用AutoSet,所以我们很低端示波器WaveJet系列设计的AutoSet反应速度全世界最快,按一下Auto Set,1秒左右就有波形出来。但AutoSet不能保证信号被准确地高保真地捕获。 高保真地捕获信号是操作示波器的第一要著,否则再继续一些测量和分析就没有什么意义了。为实现高保真地捕获信号,我们需要掌握设置示波器的一些基本原则。 捕获信号的基本原则是:第一,最小化量化误差; 第二,时刻警惕采样率; 第三,至少捕获感兴趣的一个周期的低频成分; 第四,在有些时候使用一些特别的获取模式或处理方法。 首先,我们要了解示波器的屏幕显示。示波器是人机交互的工具,每一个操作会带来屏幕上显示的变化,这变化代表什么含义?这是基础之基础呵。 如图一所示,示波器的水平轴有十大格,捕获时间=10 x [Time/Div],调节面板上的水平时基旋钮,就会相应增加或减小捕获的时间。展开波形可以看到波形有一个个的点组成,这相邻两点之间的时间间隔就是采样周期,是采样率的倒数。屏幕上显示的全部点的个数就表示为示波器的存储深度。 采样率x 采样时间= 存储深度。这是示波器的第一关系式,非常重要。如图一右下边显示的是力科示波器的一次菜单Timebase,上面显示的三个数值,右边的两个数相乘再乘以10就等于左边的数。在调节时基的时候我们要“keep an eye on the sample rate”——时刻警惕采样率。示波器的垂直轴有8大格,垂直范围=8 x [Volts/Div]» 256二进制码,对应8位的ADC。示波器的ADC只有8位,这是数字示波器的第一局限性。 这也就是说,如果我们需要测量5mV的电压用256个0和1来表征,测量 1000V的电压也只能用256个0和1来表征。 测5mV电压时可以设置为2mV/div,那么最小步进,即最后一位由0跳变到1代表的电压大小是多少?(8 x 2mV)/256=62.5uV,62.5uV代表的是最小步进(量化误差)。但如果是测量1000V的电压,垂直灵敏度设置为125V/div,那么最小步进是(8 x 125V/div)/256=3.9V,量化误差很大! 如果用这个量程去测试1V的电压带来的误差就如用一把米刻度去测量头发丝的直径!关于量化误差,大家可以参考《力科第一季》第20集谈到的关于电源纹波的测量。
图一 示波器的屏幕显示及Timebase菜单显示
图二 8位ADC的物理含义
下面我们按示波器捕获波形的操作步骤来强调上面的四个基本原则。 很多时候我们打开示波器看到屏幕上显示的波形和测量参数很多,譬如图三所示。这时候我建议的第一个操作步骤是,恢复出厂设置将之前的设置都清楚掉。 清除掉再开始从头设置反而效率更高。恢复出厂设置的菜单在File下的Recall Default按钮,如图四所示。在进行这一
图三 多波形多参数的显示屏幕
图四 恢复出厂默认设置
操作之后,如果示波器的第一和第二通道没有接任何探头,屏幕上看到的是两条零电平的线,图四中的C2没有接探头,显示的就是一条零线。 这个操作之后,如果没有看到这两条线,这说明示波器的通道工作不正常了,这也是判断示波器好坏的一个方法。第二个操作步骤是接上探头,选择示波器的通道。 有时侯接上探头之后应做探头的校准和通道之间延时的校准,但在非严格的测量中有时侯忽略了这个步骤。本文的图例中,我的实验环境是一个力科的DEMO板通过BNC线接到通道1,所以需要将通道2关掉。选择通道通过按示波器面板上标识为1,2,3,4的按钮就可以了。 第三个步骤是设置示波器的垂直通道。垂直通道设置的第一步是选择耦合方式。低带宽的示波器通常有四种耦合方式,DC 50Ω,DC 1MΩ,AC 1MΩ,Ground。 本例中因为是接BNC线,需要将耦合方式设置为DC 50Ω,如图五所示。 垂直通道设置的第二步是调节垂直偏置和垂直灵敏度,尽量使波形占满屏幕,使得量化误差最小。这是捕获信号的第一个基本原则。调节垂直偏置和垂直灵敏度虽然可以通过一次菜单来设置,但也可以通过面板来快捷操作。如图六所示,上面的四个旋钮为调节垂直偏置,改变波形在屏幕中的位置,垂直按该旋钮可以使offset自动归零。 下面的四个旋钮来改变量程。 为使波形占满屏幕7.5栅格以上,有时需要微调旋钮,选中垂直通道设置菜单中的Variable Gain就可以微调。力科的第四代示波器按这个旋钮就可以直接微调了。图七显示了在不同量程下,测试同样信号的峰-峰值的结果对比。在200mV/div量程下的结果为608.81mV(平均值),在80mV/div量程下为569.67mV。 在关于幅值相关的测试规范中应定义好在多大的量程下进行测试。否则,测试结果没有可比性。垂直通道设置菜单中的其它各项的含义也都一目了然,不再一一介绍了。在完成垂直设置之后,进行第四个操作步骤,调节时基。调节时基时要注意两点,第一是时刻警惕采样率。第二是至少捕获感兴趣的一个周期的低频成份,使能看到信号的全貌。时基可以通过图八所示的面板调节,在示波器的出厂默认设置下,存储深度是固定在100KS的,向左调节旋钮捕获时间越长时,采样率越低,这时候按面板上的局部放大键并使放大后的波形展开能看清楚上升沿的细节,通过观察上升沿上有没有五个以上的采样点来判断信号有没有失真。图九所示的信号捕获时间为500us,当前实时采样率为200MS/s,这两个数字相乘的结果是100KS,这时候上升沿才两个点,信号已严重欠采样,波形严重失真。对于力科WaveRunner系列以上的示波器,可以设置固定采样率,这样在知道被测信号的特点之后先固定在一个过采样的采样率,再调节采样时基,只会改变捕获的时间,信号不会失真。对于图九所示的信号,如果捕获的时间太短甚至观察不到有欠幅,所以要捕获较长的时间才发现问题所在。而对于图十的上面的图示信号,虽然捕获的时间已达到5ms,看到的波形让我们以为是隔1.5ms有一段脉冲信号,但其实在捕获20ms之后,我们才看清楚了这信号的真正特点。 这时候采样率被降到1GS/s,其实波形已经有点失真。这说明需要更长的存储深度的好处。[page]
图五 垂直通道设置菜单
图六 垂直通道设置面板
图七 不同的量程下的测试结果,608.81mV / 569.67mV
图八 时基设置面板
图九 时基设置菜单
对于图九的信号,其中的欠幅出现得很有规律,中间间隔的时间并不长,但假如该欠幅很长时间才出现一次,我们就要使用一些特别的获取模式了。如图十一中利用WaveStream模式来快速查看有没有欠幅,图十二利用顺序模式来定位欠幅的出现规律。(关于顺序模式,大家可以参考《力科第二季》第1集)完成了前面的这些步骤之后,进入信号捕获操作的第五步,设置合适的触发方式。 关于示波器的触发,请参考《力科第一季》第17,18集,在此不再赘述。我们要选择好触发源,触发点,触发电平,触发方式,触发模式等。对于图七所示的有欠幅的信号,我们通过欠幅触发,宽度触发,时间间隔触发等触发方式都可以隔离出来。图十三是用欠幅触发的方式隔离出该欠幅的。 通过上面的五大步骤就可以实现信号的高保真捕获,接下来的测量和分析的操作步骤比较简单。现代的示波器都是基于PC平台,操作示波器就如操作Office软件一样,鼠标点击几下就熟悉了操作,但要理解很多操作的物理意义是有很长的路要走的,特别是示波器的分析软件包越来越多,越来越复杂,涉及到的知识背景很多,即使我天天在学习,也是对很多应用略懂皮毛。处在这样的行业使我常感叹“学无止境”呵! 这是一个学习的时代,示波器是工程师的眼睛,熟悉捕获信号这一基本操作是新手起步之第一步。希望此文能起到抛砖引玉之作用,冀于大家多多交流。
图十 捕获足够长的时间才能观察清楚信号全貌
图十一 WaveStream模式
图十二 顺序模式
图十三 设置合适的触发方式隔离感兴趣的事件
关键字:示波器 基础系列 捕获信号
引用地址:示波器基础系列之八-关于示波器捕获信号
图一 示波器的屏幕显示及Timebase菜单显示
图二 8位ADC的物理含义
下面我们按示波器捕获波形的操作步骤来强调上面的四个基本原则。 很多时候我们打开示波器看到屏幕上显示的波形和测量参数很多,譬如图三所示。这时候我建议的第一个操作步骤是,恢复出厂设置将之前的设置都清楚掉。 清除掉再开始从头设置反而效率更高。恢复出厂设置的菜单在File下的Recall Default按钮,如图四所示。在进行这一
图三 多波形多参数的显示屏幕
图四 恢复出厂默认设置
操作之后,如果示波器的第一和第二通道没有接任何探头,屏幕上看到的是两条零电平的线,图四中的C2没有接探头,显示的就是一条零线。 这个操作之后,如果没有看到这两条线,这说明示波器的通道工作不正常了,这也是判断示波器好坏的一个方法。第二个操作步骤是接上探头,选择示波器的通道。 有时侯接上探头之后应做探头的校准和通道之间延时的校准,但在非严格的测量中有时侯忽略了这个步骤。本文的图例中,我的实验环境是一个力科的DEMO板通过BNC线接到通道1,所以需要将通道2关掉。选择通道通过按示波器面板上标识为1,2,3,4的按钮就可以了。 第三个步骤是设置示波器的垂直通道。垂直通道设置的第一步是选择耦合方式。低带宽的示波器通常有四种耦合方式,DC 50Ω,DC 1MΩ,AC 1MΩ,Ground。 本例中因为是接BNC线,需要将耦合方式设置为DC 50Ω,如图五所示。 垂直通道设置的第二步是调节垂直偏置和垂直灵敏度,尽量使波形占满屏幕,使得量化误差最小。这是捕获信号的第一个基本原则。调节垂直偏置和垂直灵敏度虽然可以通过一次菜单来设置,但也可以通过面板来快捷操作。如图六所示,上面的四个旋钮为调节垂直偏置,改变波形在屏幕中的位置,垂直按该旋钮可以使offset自动归零。 下面的四个旋钮来改变量程。 为使波形占满屏幕7.5栅格以上,有时需要微调旋钮,选中垂直通道设置菜单中的Variable Gain就可以微调。力科的第四代示波器按这个旋钮就可以直接微调了。图七显示了在不同量程下,测试同样信号的峰-峰值的结果对比。在200mV/div量程下的结果为608.81mV(平均值),在80mV/div量程下为569.67mV。 在关于幅值相关的测试规范中应定义好在多大的量程下进行测试。否则,测试结果没有可比性。垂直通道设置菜单中的其它各项的含义也都一目了然,不再一一介绍了。在完成垂直设置之后,进行第四个操作步骤,调节时基。调节时基时要注意两点,第一是时刻警惕采样率。第二是至少捕获感兴趣的一个周期的低频成份,使能看到信号的全貌。时基可以通过图八所示的面板调节,在示波器的出厂默认设置下,存储深度是固定在100KS的,向左调节旋钮捕获时间越长时,采样率越低,这时候按面板上的局部放大键并使放大后的波形展开能看清楚上升沿的细节,通过观察上升沿上有没有五个以上的采样点来判断信号有没有失真。图九所示的信号捕获时间为500us,当前实时采样率为200MS/s,这两个数字相乘的结果是100KS,这时候上升沿才两个点,信号已严重欠采样,波形严重失真。对于力科WaveRunner系列以上的示波器,可以设置固定采样率,这样在知道被测信号的特点之后先固定在一个过采样的采样率,再调节采样时基,只会改变捕获的时间,信号不会失真。对于图九所示的信号,如果捕获的时间太短甚至观察不到有欠幅,所以要捕获较长的时间才发现问题所在。而对于图十的上面的图示信号,虽然捕获的时间已达到5ms,看到的波形让我们以为是隔1.5ms有一段脉冲信号,但其实在捕获20ms之后,我们才看清楚了这信号的真正特点。 这时候采样率被降到1GS/s,其实波形已经有点失真。这说明需要更长的存储深度的好处。[page]
图五 垂直通道设置菜单
图六 垂直通道设置面板
图七 不同的量程下的测试结果,608.81mV / 569.67mV
图八 时基设置面板
图九 时基设置菜单
对于图九的信号,其中的欠幅出现得很有规律,中间间隔的时间并不长,但假如该欠幅很长时间才出现一次,我们就要使用一些特别的获取模式了。如图十一中利用WaveStream模式来快速查看有没有欠幅,图十二利用顺序模式来定位欠幅的出现规律。(关于顺序模式,大家可以参考《力科第二季》第1集)完成了前面的这些步骤之后,进入信号捕获操作的第五步,设置合适的触发方式。 关于示波器的触发,请参考《力科第一季》第17,18集,在此不再赘述。我们要选择好触发源,触发点,触发电平,触发方式,触发模式等。对于图七所示的有欠幅的信号,我们通过欠幅触发,宽度触发,时间间隔触发等触发方式都可以隔离出来。图十三是用欠幅触发的方式隔离出该欠幅的。 通过上面的五大步骤就可以实现信号的高保真捕获,接下来的测量和分析的操作步骤比较简单。现代的示波器都是基于PC平台,操作示波器就如操作Office软件一样,鼠标点击几下就熟悉了操作,但要理解很多操作的物理意义是有很长的路要走的,特别是示波器的分析软件包越来越多,越来越复杂,涉及到的知识背景很多,即使我天天在学习,也是对很多应用略懂皮毛。处在这样的行业使我常感叹“学无止境”呵! 这是一个学习的时代,示波器是工程师的眼睛,熟悉捕获信号这一基本操作是新手起步之第一步。希望此文能起到抛砖引玉之作用,冀于大家多多交流。
图十 捕获足够长的时间才能观察清楚信号全貌
图十一 WaveStream模式
图十二 顺序模式
图十三 设置合适的触发方式隔离感兴趣的事件
上一篇:示波器基础系列之四——关于示波器的触发功能(下篇)
下一篇:示波器基础系列之十二 —— 力科示波器一次性测量能力
推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 23:07
怎样安全准确地用示波器调试开关电源
对于电源工程师来说,我们用对示波器应用应该比较熟悉,但是用示波器调试开关电源有其特殊的注意事项,如果忽略了这些,不仅得不到准确的测量结果,而且还可能对测试者造成危险。令我吃惊的是,很多人对此了解不多,因此我觉得有必要把这些写下来,可以在此做个介绍,另外再次申明,这些都是个人的理解,可能有不对的地方,欢迎大家讨论 一、传统示波器 对于传统的示波器,电源插头是三线的(火线零线和地线)。这样,示波器探头的地、示波器的机壳都连接到了大地上,如果直接用这种示波器来测试开关电源,会带来很大的危险,如图1所示: 图1 在图一中,假设我希望测量MOS管VDS的波形,那么我探头的地线就会连接到TP2这个测试点上,又由于探头的地线是和大
[测试测量]
数字示波器探头的应用常见问题
数字示波器探头非常简单,实际上還是很有注重的。下列是应用示波器探头的一点小工作经验,供大伙儿应用时参照一下。 起初是网络带宽,这一一般会在探头上注明,是多少MHz。假如探头的网络带宽不足,示波器的网络带宽再高就是没用,瓶颈效应。 此外就是说探头的阻抗匹配。探头在应用以前应当先对其阻抗匹配一部分开展调整。一般在探头的挨近示波器一端有一个可调式电容器,有一些探头在挨近探头一端也具备可调式电容器。他们是用于调整数字示波器探头的阻抗匹配的。假如特性阻抗不配对得话,精确测量到的波型将会形变。调整数字示波器探头阻抗匹配的方式 。 以下:起初将示波器的键入挑选打在GND上,随后调整Y轴偏移旋纽使扫描线出現在示波器的正中间。查验这时候的扫
[测试测量]
理解示波器带宽 上升时间和信号保真度
当 示波器用户选择示波器进行关键的测量时,示波器的主要参数指标往往是选择哪一款示波器的唯一标准。示波器最主要的指标参数是: (1)带宽; (2)采样率; (3)记录长度。 带宽- 这个指标能告诉我们什么? 模拟带宽是一个测量指标,简单的定义是:示波器测得正弦波的幅度不低于真实正弦波信号3dB 的幅度时的最高频率(见的IEEE - 1057)。如图1,是 一个理想的示波器带宽和幅度测量误差的曲线图,从图1可以看出,当被测正弦波的频率等于示波器的带宽(示波器的放大器的响应是一阶高斯型)时,幅度测量误 差大约30%。如果想测量正弦波的幅度误差只有3%,被测正弦波的频率要比示波器的带宽要低很多(大约是示波器的带
[测试测量]
【MSP430】捕获模式测量信号占空比
代码来自2016北斗杯,用于测量空气pm2.5,该传感器通过测量信号的占空比估计颗粒浓度 (1)TimerB设置,工作在捕获模式: void TimerB_Init(){ TBCCTL0&=~(CCIS1+CCIS0); // 捕获源为P4.0,即CCI0A(也是CCI0B) TBCCTL0|=CM_2+SCS+CAP; //下降沿捕获,同步捕获,工作在捕获模式 TBCCTL0|=CCIE; //允许捕获比较模块提出中断请求 TBCTL|=ID_3; TBCTL|=TBSSEL_2; //选择时钟MCLK TBCTL|=TBCLR;
[单片机]
基于FPGA的数字示波器波形合成器研究
引言 波形刷新率是评判数字示波器性能优劣的重要指标之一,它直接体现了示波器抓取波形细节的能力,刷新率越高意味着捕获异常的能力越强。目前国内示波器的最高波形刷新率在200000wfms/s左右,而高于200000wfms/s的基本上依赖进口。国内示波器刷新率做不高的主要原因有2个: ①波形合成技术和国际先进水平相比,差距还比较大; ②波形存储采用外部存储器。 本文通过对示波器波形合成技术的深入研究,提出一种基于FPGA的高刷新率的波形合成器,刷新率可达到400000wfms/s,该波形合成器已经成功应用在高刷新率示波器中。 1、波形三维映射模型 波形数据的三维信息包括:时间,幅度和幅度命中次数。在现代DSO中,可将多次触发后
[测试测量]
示波器的插值模式
1 背景 上一篇文章《示波器的抽取模式》谈到,我们会针对所测试的信号,选择合适的采样率来采集信号。通过示波器的插值和抽取方式,人为地改变信号采样率。但还是要受限于示波器第一公式的限制: 采样率 采样时间=采样率 时基 10=存储深度 ----------------------------(式1) 表1给出了信号采样率的变化与插值和抽取方式的运用的对比,可以作为参考判断插值和抽取的适用情况。在前文中,已经对抽取做过分析,本文主要对示波器的三种插值方式做简单分析,帮助大家理解三种插值方式的差异。 表1 不同采样率对比 2 基本原理 降低波形采样率去掉过多数据的过程称为信号的 抽取 。提高波
[测试测量]
泰克在其屡获大奖的高性能示波器中增加5G功能
工程师可以使用最新5G软件,在一台示波器上诊断复杂的信号交互,减少麻烦的仪器之间关联需求。 中国北京2022年2月28日 – 泰克科技日前宣布为 MSO6B示波器发布SignalVu 5G NR分析软件。工程师现在可以根据3GPP规范,在他们依赖的示波器上执行关键5G NR测量,开发和表征新的电子设计 。 RF系统设计人员都首选 MSO6B示波器 ,查看电源轨道、数字控制总线和I/O信号以及RF信号。每条通道都有一个数字下变频器,可以与时域波形同步进行频谱分析。工程师可以以时间相关的方式,查看构成设计的信号特点。5G系统设计人员现在可以在泰克示波器中增加5G NR信号分析功能,在一台示波器上迅速诊断有问题的信号交互,而不用
[测试测量]
使用高压差分探头的示波器安全测量市电方案
最近犯了一个错误测试操作: 测试场景:直接从市电插座取电接入 3W 非隔离开关电源电路板,使用示波器测试输出电压,此时示波器通过另外一个插座直接从市电取电 测试后果:在将示波器接到输出负极的一瞬间,漏电保护开关跳闸了!!! 经过咨询、分析,才明白自己由于没搞懂“示波器地线与市电的零线、火线还有大地址间的关系”才导致错误的测试操作,该操作不仅会让市电跳闸,还可能会把示波器烧坏! 如下图截取广州致远电子股份有限公司《如何用示波器安全测量市电》,该图表现出火线、零线和地线的关系: 火线(L):也称相线,由发电站或变电站提供,电压 220V,人体接触会有危险; 零线(N):为火线提供回路,在发电站或变电站端接地;由于是远端
[测试测量]