數(shù)字示波器匯總課件

1、數(shù)字示波器Page2講座內(nèi)容 示波器發(fā)展 1 示波器基本概念及原理 2 RIGOL示波器 3Page3什么是示波器概念幅度隨時間變化的波形顯示儀器相當(dāng)于一個時域上的萬用表Page4示波器發(fā)展史示波器類型模擬示波器數(shù)字示波器取樣示波器高靈敏度示波器虛擬示波器Page5示波器發(fā)展史初期主要是模擬示波器（CRT）始創(chuàng)于二十世紀(jì)四十年代最早應(yīng)用于雷達(dá)和電視的開發(fā)泰克成功開發(fā)帶寬10MHz的同步示波器，這是近代示波器的基礎(chǔ)Page6示波器發(fā)展史中期數(shù)字示波器獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷 （DSO）始創(chuàng)于二十世紀(jì)九十年代，數(shù)字示波器提高帶寬到1GHz以上，全面性能超越模擬示波器。Page7模擬和數(shù)字示波器的比較 波形顯示示波

2、器類別簡單重復(fù)信號復(fù)雜動態(tài)重復(fù)信號定時測量非重復(fù)單次信號觸發(fā)功能預(yù)觸發(fā)示波器帶寬數(shù)據(jù)處理穩(wěn)定信號變化信號異常信息緩變信號隨機(jī)毛刺快沿信號模擬示波器CRT顯示技術(shù)好好差差差差好差不能邊沿不能低不能DSO示波器等效采樣技術(shù)好差差好差好差好差多種能高能DSO示波器實(shí)時采樣技術(shù)好好好好好好差好好多種能高能Page8示波器發(fā)展史數(shù)字示波器模擬效果（熒光效果DPO）實(shí)時顯示、存貯和分析復(fù)雜信號的三維信號信息：幅度、時間和整個時間的幅度分布。如TEK所說的數(shù)字熒光（DPO）、安捷倫的MageZoom技術(shù)。Page9示波器發(fā)展史高靈敏度示波器帶寬很低，1MHz左右靈敏度很高，可到幾十微伏每格用以測量和顯示一般

3、示波器不能觀察到的各種微弱的電信號Page10示波器發(fā)展史虛擬示波器利用計算機(jī)資源做數(shù)據(jù)處理和顯示體積小巧可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制Page11講座內(nèi)容 示波器發(fā)展 1 示波器基本概念及原理 2 RIGOL示波器 3Page12波的組成正弦波是波形的基本組成，任何非正弦波都可視成是基波和無數(shù)不同頻率的諧波分量組成。例如：方波是由基波以及3，5，7，9次諧波分量遞加而成。 1次（基波） 3次 5次 7次 方波(2500次)Page13波的基本參數(shù)Page14波的基本參數(shù)Page15模擬示波器Page16DSO串行處理Page17帶寬帶寬稱為模擬帶寬，指示波器系統(tǒng)的帶寬。定義為在幅頻特性曲線中，隨正

4、弦波頻率的增加，信號的幅度下降到3dB(70.7)，此時的頻率點(diǎn)稱為示波器的帶寬。1.00.707BWPage189010t帶寬示波器帶寬的經(jīng)驗公式:BW 0.35 / t（保證信號的上升時間足夠快）Page19帶寬帶寬不夠通常會產(chǎn)生什么明顯后果？高頻信號幅度下降信號高頻成分消失（也有好處，抑制噪聲）Page20采樣率指示波器按照一定的時間間隔將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，并且順序存儲的過程。采樣率 = 1 / ttPage21采樣率實(shí)時采樣率：實(shí)時采樣率是指示波器一次采集(一次觸發(fā))采樣間隔時間的倒數(shù)。示波器所需實(shí)時采樣率被測信號最高頻率分量5Page22采樣率等效采樣率等效采樣即重復(fù)采樣，指的是示

5、波器把多次采集(觸發(fā))到的波形拼湊成一個波形兩次采集觸發(fā)點(diǎn)有一定的偏移，最后形成的兩個點(diǎn)間的最小采樣間隔的倒數(shù)稱為等效采樣速率。 Page23采樣率平均采樣 ：指將多次普通采樣的波形進(jìn)行算術(shù)平均，多用于信號本身噪聲比較大時。Page24采樣率峰值檢測：指通過采集采樣間隔信號的最大值和最小值，獲取信號的包絡(luò)或可能丟失的窄脈沖。10ns100ms 要求觀察整個周期，當(dāng)使用普通采樣方式時，采樣率為10K，如前面描述存在波形漏失現(xiàn)象，無法捕獲完整信號。使用峰值檢測，采樣率為1G，獲取間隔最大最小值，就可以獲取完整的周期信號。Page25采樣率示波器采樣率高低對波形構(gòu)建的真實(shí)性有直接影響（采樣率高的好處

6、）。采樣率低會對波形產(chǎn)生哪些影響：波形失真波形混淆波形漏失Page26采樣率波形失真是由于某些原因?qū)е率静ㄆ鞑蓸语@示的波形與實(shí)際信號存在較大的差異。Page27采樣率波形混淆是指由于采樣率低于實(shí)際信號頻率的2倍（奈奎斯特頻率）時，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重新構(gòu)建時出現(xiàn)的波形的頻率小于實(shí)際信號頻率的一種現(xiàn)象。Page28采樣率波形漏失是指由于采樣率低而造成的沒有反映全部實(shí)際信號的一種現(xiàn)象。脈沖消失Page29實(shí)例：利用示波器進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)波形分析 現(xiàn)代汽車直接點(diǎn)火系統(tǒng)的檢查中，常規(guī)的斷缸測試已經(jīng)無法精確判斷系統(tǒng)是否正常，而示波器由于其具有實(shí)時性、不間斷性、直觀性，越來越得到廣泛的應(yīng)用。Page30實(shí)例：利用

7、示波器進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)波形分析 汽車點(diǎn)火波形U-次級：汽缸EFDACB充磁開始燃燒電壓擊穿電壓燃燒時間燃燒震蕩波Page31存儲深度存儲深度：指在波形存儲器中存儲波形樣本的數(shù)量。波形存儲時間存儲深度/采樣率示波器的存儲深度將決定能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。預(yù)采樣觸發(fā)點(diǎn)延遲采樣存儲深度Page32波形刷新率刷新率是指1秒內(nèi)示波器捕獲波形的次數(shù)刷新率的高低直接影響波形捕獲偶然事件發(fā)生的概率。死區(qū)時間死區(qū)時間波形n波形n1波形n2Page33波形刷新率高波刷新獲率的好處：對于示波器來說，波形刷新率高，就能夠組織更大數(shù)據(jù)量的波形質(zhì)量信息，尤其是在動態(tài)復(fù)雜信號和隱藏在正常信號下的異常波形的捕獲

8、方面，有著特別的作用。 Page34觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)對于數(shù)字示波器，工作時都是在不斷地采集波形不論儀器是否穩(wěn)定觸發(fā)觸發(fā)：只有穩(wěn)定的觸發(fā)才能有穩(wěn)定的顯示自動觸發(fā)：不論是否滿足觸發(fā)條件都有波形顯示普通觸發(fā)：不滿足觸發(fā)條件就不顯示波形單次觸發(fā)：滿足觸發(fā)條件后顯示波形，每次觸發(fā)僅刷新一次，直到下一次觸發(fā)開始Page35觸發(fā)系統(tǒng)State1：無信號輸入（可見水平線）；State2：一通道輸入方波，儀器未觸發(fā)，觀察到晃動的波形；State3：“按下快門” （選擇上升沿觸發(fā)，將觸發(fā)電平調(diào)整到波形內(nèi)） ，將儀器觸發(fā)；State4：信號穩(wěn)定顯示，獲取穩(wěn)定的圖像，并可以保存。正確理解觸發(fā)的概念Page36觸發(fā)系統(tǒng)

9、邊沿觸發(fā)觸發(fā)原理：在輸入信號邊沿的觸發(fā)閾值上觸發(fā)觸發(fā)信號觸發(fā)電平觸發(fā)靈敏度輸出差分對Page37觸發(fā)系統(tǒng)邊沿觸發(fā)適合信號：正弦波、方波等上升沿、下降沿同時觸發(fā)眼圖的具體應(yīng)用：測量高速數(shù)字信號的信號完整性眼圖Page38觸發(fā)系統(tǒng)脈寬觸發(fā)觸發(fā)原理：根據(jù)脈沖的寬度來確定觸發(fā)時刻觸發(fā)信號觸發(fā)電平觸發(fā)靈敏度輸出差分對輸出差分信號計數(shù)脈沖（10ns）20ns觸發(fā)信號Page39觸發(fā)系統(tǒng)脈寬觸發(fā)適合信號：方波、脈沖信號等 邊沿觸發(fā) 脈寬觸發(fā)Page40觸發(fā)系統(tǒng)斜率觸發(fā)觸發(fā)原理：依據(jù)信號的上升/下降時間來判斷觸發(fā)信號觸發(fā)電平1觸發(fā)靈敏度輸出差分對輸出差分信號計數(shù)脈沖（10ns）70ns觸發(fā)信號觸發(fā)電平2Pag

10、e41觸發(fā)系統(tǒng)斜率觸發(fā)適合信號：三角波、鋸齒波等 邊沿觸發(fā) 斜率觸發(fā)Page42觸發(fā)系統(tǒng)視頻觸發(fā)觸發(fā)原理：對標(biāo)準(zhǔn)視頻信號進(jìn)行任意行或場觸發(fā)。適合信號：視頻信號 場觸發(fā) 行觸發(fā)Page43觸發(fā)系統(tǒng)交替觸發(fā)觸發(fā)原理：穩(wěn)定觸發(fā)不同步信號適合信號：雙通道模擬信號正常觸發(fā)交替觸發(fā)Page44觸發(fā)系統(tǒng)碼型觸發(fā)適合信號：數(shù)字信號Page45觸發(fā)系統(tǒng)持續(xù)時間觸發(fā)觸發(fā)原理：在滿足碼型條件后的指定時間內(nèi)觸發(fā)適合信號：數(shù)字信號Page46觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)釋抑：觸發(fā)釋抑指在前一次觸發(fā)之后的一段時間之內(nèi)，示波器停止觸發(fā)響應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用舉例：復(fù)雜的脈沖串、調(diào)幅信號釋抑時間穩(wěn)定觸發(fā)點(diǎn)不穩(wěn)定觸發(fā)點(diǎn)Page47觸發(fā)系統(tǒng)可調(diào)觸發(fā)靈敏度

11、：觸發(fā)靈敏度指示波器對觸發(fā)信號識別的敏感度。在波形噪聲較大時，需要適當(dāng)調(diào)節(jié)觸發(fā)靈敏度（0.1 1div）。觸發(fā)電平觸發(fā)靈敏度Page48觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)設(shè)置可調(diào)觸發(fā)靈敏度：有效濾除有可能疊加在觸發(fā)信號上的噪聲，防止誤觸發(fā)實(shí)際應(yīng)用舉例：靈敏為0.30div靈敏為1.00divPage49觸發(fā)系統(tǒng)耦合耦合可以分為通道耦合和觸發(fā)耦合。通道耦合包括直流、交流。觸發(fā)耦合包括直流、交流、高頻抑制、低頻抑制。Page50觸發(fā)系統(tǒng)耦合交流耦合是只通過信號交流成分，阻止直流成分相當(dāng)于高通濾波。當(dāng)信號包括直流和交流成分時，而實(shí)際只關(guān)心交流成分時，就選擇交流耦合。直流耦合則是通過信號的全部成分。當(dāng)觀察直流信號或者低頻信

12、號時，必須選擇直流耦合。信號包括直流和交流低頻信號交流耦合Page51觸發(fā)系統(tǒng)耦合高頻抑制和低頻抑制應(yīng)用于觸發(fā)中，主要目的是為了使觸發(fā)能夠穩(wěn)定。高頻抑制是抑制150KHz以上的頻率信號，當(dāng)信號中包含高頻噪聲使觸發(fā)不穩(wěn)定時，可以使用高頻抑制（與觸發(fā)靈敏度原理并不相同）。低頻抑制是抑制8KHz以下信號。Page52觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)設(shè)置AC Line：可用來顯示信號與市電之間的關(guān)系實(shí)際應(yīng)用舉例：穩(wěn)定觸發(fā)變電站變壓器輸出的波形主要應(yīng)用于電力行業(yè)相關(guān)測量EXT：在輸入通道采集信號的同時在其他通道上觸發(fā)實(shí)際應(yīng)用舉例：DG同步輸出觸發(fā)其發(fā)出的信號Page53講座內(nèi)容示波器發(fā)展 1 示波器基本概念及原理 2 RI

13、GOL示波器3Page54DS1000產(chǎn)品概述帶寬：25MHz、40MHz、60MHz、100MHz實(shí)時采樣率：400MSa/s等效采樣率：25GSa/s存儲深度：1M波形刷新率：200次/s豐富的觸發(fā)功能：邊沿、脈寬、視頻、斜率、交替、碼型、持續(xù)時間可選裝16通道邏輯分析儀功能接口：USB Host、USB Device、RS-232、P/F5.7 64k色TFT彩色液晶顯示Page55DS1000產(chǎn)品概述可調(diào)觸發(fā)靈敏度20種自動測量功能光標(biāo)測量：手動模式、追蹤模式和自動模式存儲方式：波形存儲、設(shè)置存儲、位圖存儲、CSV存儲數(shù)學(xué)運(yùn)算：加、減、乘、FFT、反相數(shù)字濾波波形錄制硬件頻率計Ultr

14、ascope軟件Page56DS1000A產(chǎn)品概述帶寬：60MHz、100MHz、200MHz、300MHz實(shí)時采樣率：2GSa/s等效采樣率：50GSa/s存儲深度：10k波形刷新率：2000次/s豐富的觸發(fā)功能：邊沿、脈寬、視頻、斜率、交替接口：USB Host、USB Device、RS-232、P/F5.7 64k色TFT彩色液晶顯示可調(diào)觸發(fā)靈敏度20種自動測量功能Page57DS1000A產(chǎn)品概述光標(biāo)測量：手動模式、追蹤模式和自動模式存儲方式：波形存儲、設(shè)置存儲、位圖存儲、CSV存儲數(shù)學(xué)運(yùn)算：加、減、乘、FFT、反相數(shù)字濾波波形錄制硬件頻率計Ultrascope軟件Page58DS5

15、000產(chǎn)品概述帶寬：25MHz、40MHz、60MHz、100MHz、150MHz、200MHz、實(shí)時采樣率：500MSa/s、1GSa/s等效采樣率：50GSa/s存儲深度：4k波形刷新率：1000次/s觸發(fā)功能：邊沿、脈寬、視頻接口：USB Device選配模塊：GPIB、RS232、P/F20種自動測量功能Page59DS5000產(chǎn)品概述光標(biāo)測量：手動模式、追蹤模式和自動模式存儲方式：10組波形存儲、10組設(shè)置存儲數(shù)學(xué)運(yùn)算：加、減、乘、除、FFT、反相數(shù)字濾波波形錄制硬件頻率計Ultrascope軟件Page60邏輯分析儀參數(shù)：200MSa/s實(shí)時采樣率、512k存儲深度、帶寬100MH

16、z門限類型：TTL、CMOS、ECL、用戶自定義實(shí)際應(yīng)用舉例：測試單片機(jī)電路Page61FFTFFT兩種幅度讀取方式：Vrms、dBVrms實(shí)際應(yīng)用舉例：Page62波形錄制RIGOL是首創(chuàng)波形錄制RIGOL是首創(chuàng)實(shí)際應(yīng)用舉例：波形錄制存儲設(shè)置Page63ROLL和慢掃描模式ROLL和慢掃描模式ROLL：波形自右向左滾動刷新顯示，時基控制設(shè)定必須在500ms/div，或更慢。慢掃描模式：當(dāng)水平時基控制設(shè)定在50 ms/div或更慢，儀器進(jìn)入慢掃描采樣方式。ROLL模式慢掃描模式Page64XY（李莎育圖）XY（李莎育圖）示波器其他測兩通道相位的方法：測量兩通道延遲時間信號頻率比相位差0度45度

17、90度180度270度360度1：1Page65XY（李莎育圖）XY（李莎育圖）實(shí)際應(yīng)用舉例：Page66Pass/FailPass/Fail實(shí)際應(yīng)用舉例：生產(chǎn)線檢測P/F 配合波形錄制Page67功能UltraScope軟件實(shí)際應(yīng)用舉例：UltraScopePage68實(shí)例：示波器自動測試系統(tǒng)需求：以往傳統(tǒng)的檢定方法全是靠手工操作，由于檢測的范圍廣、功能多，因此勞動強(qiáng)度大，工作效率低,而且檢定的數(shù)據(jù)也不易管理。為此，用示波器可以和其他設(shè)備組成一套測量測試系統(tǒng)進(jìn)行自動化測試。Page69實(shí)例：示波器自動測試系統(tǒng)Page70總結(jié) 成為工具應(yīng)用的專家熟悉示波器原理，具有熟練的產(chǎn)品操作技能了解客戶的

18、波形，提高與客戶技術(shù)溝通（共同語言）和技巧能力成為客戶的技術(shù)顧問和工具應(yīng)用教練加強(qiáng)對客戶的服務(wù)，建立起客戶信任Page71主要內(nèi)容 1. 電子測量課程內(nèi)容概述 2. 示波器的發(fā)展過程 3. 模擬示波器的工作原理 5. 一個由數(shù)字示波器構(gòu)成的自動測試系統(tǒng) 4. 數(shù)字存儲示波器的工作原理與使用方法電子測量課程內(nèi)容概述測量總論及誤差理論基本電參量測量時間與頻率測量：頻率計。電壓測量：直流、交流電壓表。阻抗測量：阻抗分析儀。時域測量：示波器頻域測量信號分析和頻域測量：頻譜分析儀。頻率特性測量：掃頻儀。線性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析：網(wǎng)絡(luò)分析儀。數(shù)據(jù)域測量（邏輯分析儀、誤碼儀）測試系統(tǒng)集成技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社古天祥等編

19、著模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)頻帶寬度BW和上升時間頻帶寬度：輸入信號上、下限頻率之差。上升時間：與頻帶寬度有關(guān)，它表示由于輸入信號頻帶寬度的限制，當(dāng)輸入一個理想階躍信號時，顯示波形的上升沿的幅度從10%上升到90%所需的時間。頻帶寬度與上升時間的關(guān)系可近似表示為： 例如，對于帶寬為100MHz的示波器，上升時間約為3.5ns。 五倍準(zhǔn)則：示波器帶寬應(yīng)為待測信號最高頻率的五倍。模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo) 圖中所示三個信號分別是400MHz，100MHz和10MHz帶寬下獲得的信號。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)一些典型信號的上升時間與信號帶寬 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)時基因數(shù)時基因數(shù)：表示單位距離代表的

20、時間，單位為us/cm或ms/div。當(dāng)選擇較小的時基因數(shù)時，可將高頻信號在水平方向上展開。偏轉(zhuǎn)因數(shù) 偏轉(zhuǎn)因數(shù)：在輸入信號作用下，光點(diǎn)在熒光屏上垂直方向移動1格所需的電壓值，單位為“V/div”或“mV/div”。偏轉(zhuǎn)因數(shù)越小，表示示波器觀測微弱信號的能力越強(qiáng)。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)CH1信號的峰峰值約為：2div*50mV/div=100mV。 周期約為：3.6div*0.4ms/div=1.44msCH2信號的峰峰值約為：2.5div*2V/div=5V。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)輸入阻抗當(dāng)被測信號接入示波器時，輸入阻抗成為被測信號的等效負(fù)載。當(dāng)輸入直流信號時，輸入阻抗用輸入電阻表示，

21、一般為1M 。當(dāng)輸入交流信號時，輸入阻抗用輸入電阻和輸入電容并聯(lián)表示，一般輸入電阻為1M ，輸入電容一般為33pF。輸入阻抗通常還與使用的探頭有關(guān)。輸入方式直流（DC）：直接耦合。交流（AC）：通過隔直電容耦合。接地（GND）：將輸入接地，用于測量前確定零電平位置。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)觸發(fā)源選擇方式觸發(fā)源是指用于提供產(chǎn)生掃描同步信號的來源。內(nèi)觸發(fā)（INT）：由被測信號產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。外觸發(fā)（EXT）：由外部輸入信號產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。電源觸發(fā)（LINE）：利用50Hz工頻電源產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。模擬示波器的工作原理取樣示波器的工作原理數(shù)字示波器與模擬示波器數(shù)字示波器的內(nèi)部功能框圖數(shù)字示波器

22、的采樣率數(shù)字示波器的一個非常重要的指標(biāo)：采樣率采樣率是指采樣設(shè)備單位時間內(nèi)對待測信號采樣的次數(shù)。單位為S/s（采樣點(diǎn)/秒）。采樣率分為實(shí)時采樣率和等效采樣率。數(shù)字示波器的等效采樣等效采樣的工作原理與模擬取樣示波器相似。通常的數(shù)字示波器的等效采樣率可達(dá)幾GS/s到幾十GS/s。數(shù)字示波器的探頭對示波器探頭的要求：將待測信號以較小的失真引入示波器。對待測系統(tǒng)產(chǎn)生最小的影響。探頭的功能在測試點(diǎn)或信號源與示波器之間建立一條信號的物理連接。理想的探頭連接方便。絕對的信號保真度。零信號源負(fù)荷。能夠全面抗噪聲。數(shù)字示波器的探頭探頭的頻率特性多數(shù)示波器探頭可以看作一個低通濾波器。針對不同帶寬的示波器應(yīng)選用不同

23、的探頭。數(shù)字示波器的等效采樣等效采樣的工作原理與模擬取樣示波器相似。通常的數(shù)字示波器的等效采樣率可達(dá)幾GS/s到幾十GS/s。數(shù)字示波器的探頭對示波器探頭的要求：將待測信號以較小的失真引入示波器。對待測系統(tǒng)產(chǎn)生最小的影響。探頭的功能在測試點(diǎn)或信號源與示波器之間建立一條信號的物理連接。理想的探頭連接方便。絕對的信號保真度。零信號源負(fù)荷。能夠全面抗噪聲。數(shù)字示波器的探頭探頭的頻率特性多數(shù)示波器探頭可以看作一個低通濾波器。針對不同帶寬的示波器應(yīng)選用不同的探頭。探頭的動態(tài)范圍所有探頭都有其電壓安全極限，我們稱其為動態(tài)范圍。通常無源探頭的動態(tài)范圍可以從幾百伏到上千伏，而有源探頭的 動態(tài)范圍一般只有十幾伏?？衫盟p功能來提高探頭的動態(tài)范圍。如一個1：1時動態(tài)范圍為50V的無源探頭，若將其衰減切換開關(guān)放