取样示波器课件.ppt

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1、取样示波器,1,2,三、取样示波器的基本原理（一）取样广义：对连续波形离散的采集样本，从而用离散信号代替连续波形。取样：利用采样门把连续时间信号变成离散时间信号原理：采用取样技术，把高频、快速的重复信号变换成低频信号，再通过类似于通用示波器的方法，将变换后的信号显示出来。实时取样：,P(t),t,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,(a),(b),3,有信号,无信号,从(a)-(b)的波形我们可以看到，实时取样的特点是：取样一个波形所得脉冲列的持续时间(b)等于输入信号实际经历 的时间(a)。脉冲 越窄越好。因此实时取样不能解决通用示波器的频带不够的问题，,4,非实时取样：取样电压是由多个

2、波形上取到的；并非实际经历时间 周期性信号,量化取样电压,5,取样示波器的Y通道,电路反馈,取样门,取样门脉冲,平滑调整,延长门脉冲,至Y放大器,延长门,闭环取样电路组成框图（差值取样）,A2=1,6,取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点，在 时刻进行第一次取样，第二次取样在 进行。两次可以相隔mT个周期，每一次比前一次延迟。（m-两个取样脉冲之间被测信号周期数）取样后的取样电压虽然也是一串脉冲列，但这串脉冲列的持续时间却大大拉长了，两个脉冲之间的时间间隔变为。由于包络波形所需时间拉长（相对扫速降低），就有可能用一般低频示波器显示。由于显示一个信号包络所需时间（测量时间）远大于被测信号

3、实际所经历的时间，所以是非实时取样。（二）显示信号的合成过程如何显示离散波形？需给X、Y偏转板加什么样的电压？,由上述可见：,7,取样电压,合成波形两点间X,Y偏转板都应加阶梯电压：X：电压与时间成正比 Y：量化阶梯电压,8,四、取样示波器的基本组成,取样门,延长电路,Y放,取样门脉冲发生器,延长门脉冲发生器,触发,放大分频,快斜波发生器,比较器,阶梯波发生器,X放,延迟脉冲,a,b,c,d,e,f,g,Y通道的作用：把输入信号变成量化取样电压X通道的作用：产生每隔 上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲,取样密度,经脉冲形成电路,等效扫速,输入,9,具体过程由各点波形加以说明：,2,3,二者比较产生

4、(e),1,分频,取样门脉冲,量化取样电压,10,脉冲（e）的三个作用：作为 步进延迟脉冲，去触发取样脉冲发生器和延长门脉冲发 生器。去触发阶梯波发生器，使阶梯波上升一个台阶。加到快斜波发生器，使快斜波产生回程。,五、取样示波器的几个主要参数（一）取样示波器的带宽：数十GHz 频率限制主要在取样门，fh与采样脉冲宽度成反比。(二)取样密度-屏上水平轴上单位长度内所包含的取样点数目。用每cm的光点数表示,11,取样密度与X轴阶梯电压的关系如图,屏上总点数,X方向最大偏转电压,阶梯波每级上升的电压,固定,（三）等效扫速 等效于被测信号经过了 时间与水平方向展宽的距离L之比。,即等效扫速与快斜波的上

5、升斜率Vf/Tf成反比；调整它即可调整等效扫速,斜率大则扫速低。,12,取样示波器是非实时取样取样示波器的X轴具有双重任务，产生扫描阶梯电压；控制Y通道产生量化电压扫描,取样示波器与通用示波器的主要差别：,只能测量重复频率较高的信号。,信号是阶梯式变化的（非线性）。,13,2.5示波器的基本测量方法 测电压 测时间 测脉冲宽度 上升或下降时间,14,测频率,扫描速度,N很大时用,相位差的测量（同频率、图形简单的两个信号）a：线性扫描法,不适合的情况：相差较小时不易分辨,超前信号作为触发信号,9格,1格,15,、,李沙育图形法（频率较低，且图形简单）可测频率比、相差等,椭圆方程,16,Eg:要在

6、X=10CM长度上（1）对f=10MHz的信号显示两个完整周期 的波形，求示波器应具有的扫描速度。（2）若用上面求出的扫描速度对f=5MHz的信号能显示几个完整的波形。解：（1）扫速：（2）每周期宽度,能显示一个完整的波形,17,Eg:利用示波器椭圆法测量被测网络输出与输入信号电压的相位差（1）在图中连接测试线路。（2）如何判断示波器X、Y两个通道之间是否存在固有相位差。（3）如果X、Y两通道之间存在固有相位差 且 试设计一种测量方法，确定其 和 的大小（不要求写出椭圆 法具体计算公式）。解：,被测网络,利用同一信号同时输入示波器X、Y输入端求出 固有相位差。,再将 和 送入X、Y输入端测得则

7、,信号源,18,示波器的选择及正确使用：视被测信号频率而定（一）确定你需要模拟还是数字示波器模拟示波器的优点：操作控制均很直观、熟悉。可以进行三维显示。x/y/亮度 对诸如垂直灵敏度、时基扫描速度、跟踪位置以及触发电平等常 用调节可以进行直接专门控制。价格低（频率较低的）模拟示波器的缺点：精度低、测量能力较弱 带宽有局限性 无预触发观测能力 显示易闪烁并容易显示模糊,19,数字示波器的优点：测量精度高 带宽较宽 显示可存储 有预触发观测能力 能捕捉单次信号，并准确定位 能进行峰值毛刺检测 自动测量 可与计算机、打印机、绘图仪连接 具有波形运算能力，包括波形、数学函数运算功能。有平均和无限余辉显

8、示模式 亮度高，聚焦好 可进行自校准,20,数字荧光示波器：具有模拟功能的数字示波器（TDS3000系列）模拟示波器可获得包括幅度（Y轴）、时间（X轴）、亮度（幅度随时间分布）的三维信息。数字存储示波器缺少余辉显示功能。因为它是数字处理只有1或0两个状态；没有亮度的多层次变化。模拟存储示波器可实现三维显示，这种荧光余辉效应对观察混合波形和偶发事件十分有用。数字荧光示波器兼具模拟、数字示波器的优点：1、采用专用图像处理芯片：TEK公司采用DPX型芯片,集数据采集、图像处理和存储于一身。（130万晶体管、0.65vmCMOS工艺、16级亮度、波形存储淤10万像素显示屏上、1/30秒刷新一次。2、能

9、实时存储、显示和分析复杂信号的三维信息。3、采用并行结构和基于ASIC硬件处理技术。4、能显示复杂波形中的细微差别以及频繁程度。如电视信号的扫描信号和音视频信号，以及电视信号中的异常现象。,21,数字荧光示波器和数字示波器的结构区别：,采样,A/D变换,信号分离,捕获存储,微处理,显示,捕获存储,放大器,A/D变换,数字荧光DPX处理获 取 捕 捉,显示记忆,显示,p,数字存储示波器（DSO)串行结构,数字荧光示波器（DPO)并行结构,22,（二）确定你对带宽的要求 首先要考虑示波器的带宽 即频率上限，通常为了使信号的高频成分基本不衰减地显示，示波器的带宽至少应为被测信号中最高频率的三倍以上。

10、（正弦波可1:1）,下图说明一50MHz的方波在不同的四种数字示波器上进行观测的结果：,500M有高频细节,上升时间快,150M高频信号细节丢失,上升时间减慢,20M显示波形面目全非,100M上升时间变慢,幅度有衰减,23,如果需要更高的精度，要求示波器的带宽高出被测信号频率的十倍。（虽然精确的幅值测量并不完全取决于频率响应.刻度,动态范围也是因素之一)考虑信号显示的上升时间 与通带宽度或者说高频端有关设：示波器的高端频率为:（）,若被测信号实际上升时间为,且,则示波器的影响忽略不计,否则,测量值,对于定时测量，信号上升时间与示波器上升时间的比值越高，则测量误差越小。如下表：,示波器的固有,上

11、升时间为,24,信号上升时间/示波器上升时间 测量误差计算结果 1:1 41.4%3:1 5.4%5:1 2.0%10:1 0.5%(三）正确合理地使用探头 探头将影响测量精度，一般使用的探头是低电容探头，基本形式如下：,探针,塑料外壳,金属屏蔽罩,至示波器输入端,屏蔽电缆,9M,（1M）,示波器的输入阻抗,25,高输入阻抗低输入电容探头，可减小对被测电路的影响,（四）合理使用示波器 勿使辉度过高 勿施加过高的输入电压（五）你应该牢记下面几点：探头将影响测量精度 某些示波器所列出的最高带宽指标只局限于某一特定的电压范围，或者只在50 输入时才具有。,26,IWATSU岩崎模拟存储示波器（500

12、mhz)TS-8500,27,模拟存储54610系列示波器(Agilent安捷伦）,28,54620系列示波器（模拟、数字存储混合系列）,29,54620系列示波器（$2310）高清晰显示与2MB深存储器相结合。能发现有关信号的大量信息。独特的2+16混合信号配置可同时进行示波和逻辑测量。强大的触发能力，可选择边沿，模式，脉冲，序列，持续时间和 触发.能深入观察过去难以看到的信号细节，从窄跳变，失真的边沿到 间歇性事件，从而忠实复现信号的真情实景。比常规数字示波器快25倍。为测量增加了专门的统计功能。示波器上的每一点均以32级亮度显示，越亮的点代表越多的采 样。并能用平移和缩放功能容易地找到关

13、注区域内的细节。所有信息均可在全速下以高达5ns的分辨率在一次测量中获得,30,手持式数字示波器（THS720P-）全功能示波器+数字万用表+谐波分析仪+功率计 集多种功能于一体。1000Vrms测量能力和隔离通道结构。100MHz数字式实时带宽和功率测量。实际RMS数字式万用表和功率计的巧妙结合可提供最大的灵活性。可以测量第31谐波（30Hz至450Hz基波）。功率测量和统计。PWM电动机触发器。高分辨率、背景光显示和上弹式菜单。,31,FLUKE,32,（泰克）,33,34,35,1000MHz、500MHz 二种带宽，最高实时采样速率达5GS/s。详见技术参数表；强大的数字荧光技术（DP

14、O）；2 通道和4 通道两种型号；5 GS/s 最大实时取样速率；高达8 MB 的记录长度；100,000 wfms/s 最大波形捕获速率；直观的用户界面，操作简便；开放的MicrosoftWindows 结构，提供了内置连接能力；占用空间小；明亮的10.4 英寸(264 mm)显示器；业内领先的高级触发器套件；内置打印机(可选)；光盘刻录机(可选)；能够与泰克逻辑分析仪满足信号完 整性测试。,TDS5000数字荧光示波器功能概述：,36,特点与优点带宽型号包括4GHZ，1GHZ和500MHZ实时采集速率达20GS/S存储深度达32M最大波形捕获速度大于400，000波形/秒抖动测量达1PSr

15、ms图形操作界面可通过传统式直接控制旋钮，彩色触摸屏或鼠标进行操作控制开放式WINDOWS平分环境标配联网功能,TDS7000数字荧光示波器性能概述：,37,作业：3.1、3.2、3.6、3.7、3.8、3.9、3.10、3.18,38,TDS210、TDS220、TDS224数字存储示波器特点和优点：60MHz或100MHz带宽，对所有通道均提供1Gs/s的采样率。2和4通道。双时基。自动测量：周期、频率、周期均方根、平均值、峰间值。波形和设置存储。选择模块，软件和探测选件可扩展测量能力。信号捕获系统：带宽、取样速率、输入通道、敏感度（带校准微调）全带宽时为10mv5mv；20MHz时为2m

16、v-5mv/div。垂直缩放垂直放大或缩小动态或静态的波形。捕获模式：取样，取平均值，峰值检测截获高频和随机毛刺，可在5ms/div至5s/div的所有“时间/分度”设置内用捕获硬件获取窄至10ns的毛刺。,39,54610示波器水平准确度 0.01%最大显示更新率 1,500,000点/秒水平分辨率 25ps54615B水平分辨率 20ps 可揭示被较低速的示波器所掩盖的 信号细节。54616B采样率提高一倍，全彩色显示采样率：许多示波器在快速扫描时可提供高采样率。,40,手持式示波器THS700A系列:THS700A/DMM 全功能的数字实时示波器/真有效值的数字多 用表。（电池）两种工作模式可同时和独立的对同一个信号或分离的不同的 信号进行测量。光标测量、视频触发、电压和电阻的测量及储存能力。多种触发能力：外部触发、延迟触发、脉冲宽度触发及视频 触发。,