深入了解示波器 初级 利用数字示波器对波形进行测量 现代的数字示波器使波形测量变得更为容易。通过前面板按钮,以及基 于屏幕的菜单,方便选择全自动的测量参数。包括幅值、周期、上升 下降时间,等等。许多数字仪器也能提供均值和均方值的计算、占空比 和其他数学运算。自动化测量通过屏幕读取数值。一般来说,读取的数 值可能比直接利用有刻度的工具更为准确。 些数字荧光示波器用到的全自动波形测量参数有 相位=90 周期 占空比+ 高 频率 占空比 低 宽度+ 延迟 最小值 图12.相移 宽度 最大值 上升时间 突发宽度 过冲+ 相位 下降时间 峰值一峰值 过冲一 参照正弦波很容易理解相位。正弦波的电压值是基于圆形运动的。参照幅度 均值 均方值 图11,一个圆的度数是360°,而正弦波的一个周期也是360°。为描消光率 周期均值 ≯周期均方值 述经过的周期数,可以参照正弦波的相位的角度 平均光功率 周期区 相移用来描述两个不同相似信号在时间上的差值。图12中,标号为“电 流”的波形比标号为“电压”的波形超前90°,因为两者到达同一点 刚好相差14周(3604=90°)。在电子学中,相移比较普遍
深入了解示波器 初级 利用数字示波器对波形进行测量 现代的数字示波器使波形测量变得更为容易。通过前面板按钮，以及基 于屏幕的菜单，方便选择全自动的测量参数。包括幅值、周期、上升/ 下降时间，等等。许多数字仪器也能提供均值和均方值的计算、占空比 和其他数学运算。自动化测量通过屏幕读取数值。一般来说，读取的数 值可能比直接利用有刻度的工具更为准确。 一些数字荧光示波器用到的全自动波形测量参数有： 图12.相移 电压 电流 相位 相位 参照正弦波很容易理解相位。正弦波的电压值是基于圆形运动的。参照 图11，一个圆的度数是360°，而正弦波的一个周期也是360°。为描 述经过的周期数，可以参照正弦波的相位的角度。 相移用来描述两个不同相似信号在时间上的差值。图12中，标号为“电 流”的波形比标号为“电压”的波形超前90°，因为两者到达同一点 刚好相差 1/4 周（360o/4 = 90°）。在电子学中，相移比较普遍。 周期 频率 宽度＋ 宽度－ 上升时间 下降时间 幅度 消光率 平均光功率 占空比＋ 占空比－ 延迟 相位 突发宽度 峰值-峰值 均值 周期均值 周期区 高 低 最小值 最大值 过冲＋ 过冲－ 均方值 周期均方值 第 11 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 垂直系统 显示系统 阴极射线管一 水平系统 图13.模拟示波器体系结构 示波器的类型 转,跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射的频度越 电子设备可以划分为两类:模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化 大,显示得也越亮 连续,而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码传统的电唱机CRT限制着模拟示波器显示的频率范围。在频率非常低的地方,信 是模拟设备,而CD播放器是属于数字设备 呈现出明亮而缓慢移动的点,而很难分辨出波形。在高频处,起局限作 同样,示波器也能分为模拟和数字类型模拟和数字示波器都能够胜任用的是CRT的写速度。当信号频率超过CRT的写速度时,显示出来的 大多数的应用。但是,对于一些特定应用,由于两者具备的不同特性,过于暗淡,难于观察模拟示波器的极限频率约为1GH 每种类型都有适合和不适合的地方。作进一步划分,数字示波器可以分当把示波器探头和电路连接到一起后,电压信号通过探头到达示波器的 为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。垂直系统。图13图解出模拟示波器是如何显示被测信号。设置垂直标 度(对伏特/格进行控制)后,衰减器能够减小信号的电压,而放大器 模拟示波器 在本质上,模拟示波器工作方式是直接测量信号电压,并通过从左到右随后,信号直接到达CRT的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板, 穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压示波器屏幕通常是阴校引起亮点在屏幕中移动。亮点是由打在CRT内部荧光物质上的电子束 射线管(CR.电子束投到荧幕的某处,屏幕后面总会有明亮的荧光产生的。正电压引起点向上运动,而负电压引起点向下运动。 物质。当电子束水平扫过显示器时,信号的电压是电子束发生上下偏 第12页,共85页
深入了解示波器 初级 图13. 模拟示波器体系结构 垂直系统 衰减器 垂直 放大器 显示系统 扫描 发生器 水平 放大器 阴极射线管 触发 系统 探头 水平系统 斜线时基 示波器的类型 电子设备可以划分为两类：模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化 连续，而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。传统的电唱机 是模拟设备，而 CD 播放器是属于数字设备。 同样，示波器也能分为模拟和数字类型。模拟和数字示波器都能够胜任 大多数的应用。但是，对于一些特定应用，由于两者具备的不同特性， 每种类型都有适合和不适合的地方。作进一步划分，数字示波器可以分 为数字存储示波器（DSO）、数字荧光示波器（DPO）和采样示波器。 模拟示波器 在本质上，模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右 穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。示波器屏幕通常是阴极 射线管（CRT）。电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光 物质。当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏 转，跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射的频度越 大，显示得也越亮。 CRT 限制着模拟示波器显示的频率范围。在频率非常低的地方，信号 呈现出明亮而缓慢移动的点，而很难分辨出波形。在高频处，起局限作 用的是CRT的写速度。当信号频率超过CRT的写速度时，显示出来的 过于暗淡，难于观察。模拟示波器的极限频率约为 1GHz。 当把示波器探头和电路连接到一起后，电压信号通过探头到达示波器的 垂直系统。图13图解出模拟示波器是如何显示被测信号。设置垂直标 度（对伏特/格进行控制）后，衰减器能够减小信号的电压，而放大器 可以增加信号电压。 随后，信号直接到达CRT的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板， 引起亮点在屏幕中移动。亮点是由打在CRT内部荧光物质上的电子束 产生的。正电压引起点向上运动，而负电压引起点向下运动。 第 12 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 不不 没经触发的显示 经触发的显示 图14.触发器能稳定重复的波形,使信号产生清晰的图象 信号也经过触发系统,启动或触发水平扫描。水平扫描是水平系统亮点 模拟示波器跟 数字示波器采样信号 踪信号 并重构显示 在屏幕中移动的行为。触发水平系统后,亮点以水平时基为基准,依照 特定的时间间隔从左到右移动。许多快速移动的亮点融合到一起,形成≯郾15.模拟示波器跟踪信号,而数字示波器采样信号并重构图象 实心的线条。如果速度足够高,亮点每秒钟扫过屏幕的次数高到 数字示波器 水平扫描和垂直偏转共同作用,形成显示在屏幕上的信号图象。触发器与模拟示波器不同,数字示波器通过模数转换器(ADC)把被测电压转 能够稳定实现重复的信号,它确保扫描总是从重复信号的同一点开始,换为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值,并对样值进行存储,存 的就是使呈现的图象清晰。参照图14 储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后,数字示波器重 另外,模拟示波器有对聚焦和亮度的控制,可调节出锐利和清晰的 构波形。(参看图15。) 结果 数字示波器分为数字存储示波器(DSO、数字荧光示波器OPO)和 为显示“实时”条件下或突发条件下快速变化的信号,人们经常推荐使 采样示波器 用模拟示波器。模拟示波器的显示部分基于化学荧光物质,它具有亮度数字的手段则意味着,在示波器的显示范围内,可以稳定、明亮和清晰 级这一特性。在信号出现越多的地方,轨迹就越亮。通过亮度级,仅观地显示任何频率的波形对重复的信号而言,数字示波器的带宽是指示 察轨迹的亮度就能区别信号的细节 波器的前端部件的模拟带宽,一般称之为3dB点。对于单脉冲和瞬态 事件,例如脉冲和阶跃波,带宽局限于示波器采样率之内。为了解更多 的细节,请参照性能术语和应用部分的采样率一节 第13页,共85页
深入了解示波器 初级 图14. 触发器能稳定重复的波形，使信号产生清晰的图象 没经触发的显示 经触发的显示 信号也经过触发系统，启动或触发水平扫描。水平扫描是水平系统亮点 在屏幕中移动的行为。触发水平系统后，亮点以水平时基为基准，依照 特定的时间间隔从左到右移动。许多快速移动的亮点融合到一起，形成 实心的线条。如果速度足够高，亮点每秒钟扫过屏幕的次数高到 500000 次。 水平扫描和垂直偏转共同作用，形成显示在屏幕上的信号图象。触发器 能够稳定实现重复的信号，它确保扫描总是从重复信号的同一点开始， 目的就是使呈现的图象清晰。参照图 14。 另外，模拟示波器有对聚焦和亮度的控制，可调节出锐利和清晰的显示 结果。 为显示“实时”条件下或突发条件下快速变化的信号，人们经常推荐使 用模拟示波器。模拟示波器的显示部分基于化学荧光物质，它具有亮度 级这一特性。在信号出现越多的地方，轨迹就越亮。通过亮度级，仅观 察轨迹的亮度就能区别信号的细节。 图15.模拟示波器跟踪信号，而数字示波器采样信号并重构图象 模拟示波器跟 踪信号 数字示波器采样信号 并重构显示 数字示波器 与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器（ADC）把被测电压转 换为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存 储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后，数字示波器重 构波形。（参看图 15。） 数字示波器分为数字存储示波器（DSO）、数字荧光示波器（DPO）和 采样示波器。 数字的手段则意味着，在示波器的显示范围内，可以稳定、明亮和清晰 地显示任何频率的波形。对重复的信号而言，数字示波器的带宽是指示 波器的前端部件的模拟带宽，一般称之为 3dB 点。对于单脉冲和瞬态 事件，例如脉冲和阶跃波，带宽局限于示波器采样率之内。为了解更多 的细节，请参照性能术语和应用部分的采样率一节。 第 13 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 采样 AD信号分离器心捕获存储区薇处蔷显存 变换 D图16.数字存储示波器顺序处理体系结构 数字存储示波器 串行处理体系结构 常规的数字示波器是数字存储示波器(DSO)。它的显示部分更多基于与模拟示波器一样,DS0第一部分(输入)是垂直放大器。在这一阶 光柵屏幕而不是基于荧光 段,垂直控制系统方便您调整幅度和位置范围。 数字存储示波器(DSO)便于您捕获和显示那些可能只发生一次的事紧接着,在水平系统的模数转换器ADC)部分,信号实时在离散点采 件,通常称为瞬态现象。以数字形式表示波形信息,实际存储的是二进样,采样位置的信号电压转换为数字值,这些数字值称为采样点。该处 制序列。这样,利用示波器本身或外部计算机,方便进行分析、存档、理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定ADC采样的频度。该 打印和其他的处理。波形没有必要是连续的:即使信号已经消失,仍能速率称为采样速率,表示为样值每秒(S/s) 够显示出来。与模拟示波器不同的是,数字存储示波器能够持久地保留 信号,可以扩展波形处理方式。然而,DSO没有实时的亮度级:因此, 他们不能表示实际信号中不同的亮度等级 组成DSO的一些子系统与模拟示波器的一些部分相似。但是,DSO包 含更多的数据处理子系统,因此它能够收集显示整个波形的数据。从捕 获信号到在屏幕上显示波形,DSO采用串行的处理体系结构,如图16 所示。随后将对串行处理体系作讲解 第14页,共85页
深入了解示波器 初级 图16. 数字存储示波器顺序处理体系结构 数字存储示波器 常规的数字示波器是数字存储示波器（DSO）。它的显示部分更多基于 光栅屏幕而不是基于荧光。 数字存储示波器（DSO）便于您捕获和显示那些可能只发生一次的事 件，通常称为瞬态现象。以数字形式表示波形信息，实际存储的是二进 制序列。这样，利用示波器本身或外部计算机，方便进行分析、存档、 打印和其他的处理。波形没有必要是连续的；即使信号已经消失，仍能 够显示出来。与模拟示波器不同的是，数字存储示波器能够持久地保留 信号，可以扩展波形处理方式。然而，DSO没有实时的亮度级；因此， 他们不能表示实际信号中不同的亮度等级。 组成DSO的一些子系统与模拟示波器的一些部分相似。但是，DSO包 含更多的数据处理子系统，因此它能够收集显示整个波形的数据。从捕 获信号到在屏幕上显示波形，DSO采用串行的处理体系结构，如图16 所示。随后将对串行处理体系作讲解。 串行处理体系结构 与模拟示波器一样，DSO 第一部分（输入）是垂直放大器。在这一阶 段，垂直控制系统方便您调整幅度和位置范围。 紧接着，在水平系统的模数转换器（ADC）部分，信号实时在离散点采 样，采样位置的信号电压转换为数字值，这些数字值称为采样点。该处 理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定ADC采样的频度。该 速率称为采样速率，表示为样值每秒（S/s）。 第 14 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 来自ADC的采样点存储在捕获存储区内,叫做波形点。几个采样点可 以组成一个波形点波形点共同组成一条波形记录。创建一条波形记录 的波形点的数量称为记录长度。触发系统决定记录的起始和终止点 DS0信号通道中包括微处理器,被测信号在显示之前要通过微处理器 处理。微处理器处理信号,调整显示运行,管理前面板调节装置,等 等。信号通过显存,最后显示到示波器屏幕中。 w2mY6A2011 ≯图17.TDS694C提供多通道同时的高速单次脉冲捕获,增加了对偶发毛刺 和瞬态现象的捕获 在示波器的能力范围之内,采样点会经过补充处理,显示效果得到增 强。可以增加预触发,使在触发点之前也能观察到结果。目前大多数 数字示波器也提供自动参数测量,使测量过程得到简化 DSO提供高性能处理单脉冲信号和多通道的能力(参看图17)。DSO 是低重复率或者单脉冲、高速、多通道设计应用的完美工具。在数字 设计实践中,工程师常常同时检查四路甚至更多的信号,而DSO则成 为标准的合作伙伴 第15页,共85页
深入了解示波器 初级 来自ADC的采样点存储在捕获存储区内，叫做波形点。几个采样点可 以组成一个波形点。波形点共同组成一条波形记录。创建一条波形记录 的波形点的数量称为记录长度。触发系统决定记录的起始和终止点。 DSO信号通道中包括微处理器，被测信号在显示之前要通过微处理器 处理。微处理器处理信号，调整显示运行，管理前面板调节装置，等 等。信号通过显存，最后显示到示波器屏幕中。 在示波器的能力范围之内，采样点会经过补充处理，显示效果得到增 强。可以增加预触发，使在触发点之前也能观察到结果。目前大多数 数字示波器也提供自动参数测量，使测量过程得到简化。 DSO 提供高性能处理单脉冲信号和多通道的能力（参看图17）。DSO 是低重复率或者单脉冲、高速、多通道设计应用的完美工具。在数字 设计实践中，工程师常常同时检查四路甚至更多的信号，而DSO则成 为标准的合作伙伴。 图 17. TDS694C提供多通道同时的高速单次脉冲捕获，增加了对偶发毛刺 和瞬态现象的捕获 第 15 页，共 85 页