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新型數字示波器的應用（二）

為幫助工程師解決測試挑戰,《電子工程專輯》網站日前特別推出了“新型數字示波器的應用”專題研討論壇,并邀請到安捷倫科技公司電子儀器與系統事業部全球市場經理Johnnie Hancock及亞太區示波器和數字電路測試業務開發經理杜吉偉擔任論壇嘉賓,工程師就新型數字示波器的應用與專家進行了交流。我們現將論壇中的精彩問答以l0個問答的形式刊出,希望能使更多的工程師從中受益。

　　示波器一直是工程師設計、調試產品的好幫手。但隨著計算機、半導體和通信技術的發展,電路系統的信號時鐘速度越來越快,信號上升時間也越來越短,導致因底層模擬信號完整性問題引發的數字錯誤日益突出。針對這些新的測試挑戰,示波器供應商不斷推出了性能更好的數字示波器。但要想準確快速地對系統信號進行分析,測量時還有很多新的因素必須考慮。如儀器速度能否跟上被測信號的變化、帶寬是否足夠、測量方法會不會引入干擾,甚至還有所使用的探頭是否合適等等。

　　下面是本次論壇中一些有代表性,同時也是工程師比較關注的問題及專家的解答,如果您對本文及觀點有其它意見與建議,歡迎和我們聯系。

　　問題1:每一臺示波器都有一個頻率范圍,例如10M、60M、100M...我手頭上使用的示波器標稱為60MHz,是不是可以理解為藝最大可以溯到60MHz,可我用它測4.1943MHz的方波時都測不到,總是什么原因呢?

　　答:60MHz帶寬示波器,并不意味著它可以很好地測量60MHz的信號。根據示波器帶寬的定義,如果輸入峰峰值為lV的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上,那么您在示波器上將可以看到0.707V的信號(30%幅值測量誤差)。如果測試方波,選擇示波器的參考標準應是信號上升時間,示波器帶寬=0.35/信號上升時間×3,此時您的上升時間測量誤差為5.4%左右。

　　示波器的探頭帶寬也很重要,若使用的示波器探頭包括其前端附件構成的系統帶寬很低,將會使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭,則能實現的最大帶寬是20MHz,如果在探頭前端使用連接導線,將會進一步降低探頭性能,但對4MHz左右方波不應有太大影響,因為速度不是很快。

　　另外,還要看一下示波器使用手冊,有的60MHz示波器在1:1設置下,其實際帶寬將會銳減到6MHz以下,對于4MHz左右的方波,其三次諧波是12MHz,五次諧波是20MHz,如果帶寬降到6MHz,對信號幅值衰減很大,即使能看到信號也絕對不是方波,而是幅值被衰減了的正弦波。

　　當然,測不出信號的原因可能有很多種,如探頭接觸不好(該現象很容易排除),建議用BNC電纜連接一函數發生器,檢驗該示波器本身有沒有問題,探頭有沒有問題,如有問題,可以和廠商直接聯系。

　　問題2:存些瞬時信號稍縱即逝,如何捕捉并使其重現?

　　答:將示波器設置成單次采集方式(觸發模式設置成Normal,觸發條件設置成邊沿觸發,并將觸發電平調到適當值,然后將掃描方式設置成單次方式),注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。

　　問題3:在PLL中周期抖動可以衡量一個設計的好壞,但是要精確測量卻非常困難,存什么方法和技巧嗎?

　　答:在使用示波器時,要注意其本身的抖動相關指標是否滿足您的測試需求,如示波器本身的觸發抖動指標等。同時要注意使用不同的探頭和探頭連接附件時,若不能保證示波器的系統帶寬,測量結果也會不準確。另外關于PLL設置時間的測量,可使用示波器+USB-GPIB適配器+軟件選件來完成,也可以用較為便宜的調制域分析儀。

　　問題4:為什么我的示波器有時候抓不到經過放大后的啟流信號呢？

　　答:如果信號的確存在,但示波器有時能抓到有時抓不到,這就可能和示波器的設置有關系。通常可將示波器觸發模式設置成Normal,觸發條件設置成邊沿觸發,并將觸發電平調到適當值,然后將掃描方式設置成單次方式。如果這種方式還不行,那就可能是儀器出了問題。

　　問題5:如何測量電源紋波？

　　答:可以先用示波器將整個波形捕獲,然后將關心的紋波部分放大來觀察和測量(自動測量或光標測量均可),同時還要利用示波器的FFT功能從頻域進行分析。

　　問題6:新型數字示波器怎樣用于單片機開發?

　　答:I2C總線信號一般工作速率不會超過400kbps,最近也出現了幾Mbps的芯片,有的示波器在設置觸發條件時,無需顧及不同速率的影響,但對其它總線,如CAN總線,則需要先在示波器上設置CAN總線當前的實際工作速率,以便示波器能夠正確理解協議并正確觸發。若想對Inter-IC總線信號進行進一步的分析,如協議級分析,可使用邏輯分析儀,但相對來說價格比較高。

　　問題7:關于模擬和數字示波器此校的問題:1.模擬和數字示波器在觀察波形的細部時,哪一個更具存優勢呢(例如在過零點和峰值時,觀察l%以下寄生波形)？2.數字示波撈一般提供在線顯示均方根值,它的精度一般是多少呢?

　　答:1.觀察1%以下寄生波形,無論是模擬示波器還是數字示波器,觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數字示波器更高,如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%,這并不比數字示波器(通常精度為l~2%)更具優勢,而且對細節,數字示波器的自動測量功能比模擬示波器的人工測量更精確。

　　2.對于示波器的幅值測量精度,很多人用A/D位數來衡量。實際上,隨著您所用的示波器帶寬、實際采樣率設置等,它會有所變化。如果帶寬不夠,本身帶來的幅值測量誤差就很大,若帶寬夠了,采樣設置很高,實際的幅值測量精度也不如采樣率低時候的精度(您有時可參考示波器的用戶手冊,它可能會給出不同采樣率下,示波器的A/D實際有效位數)。總的來講,示波器測量幅值,包括均方根值的精度往往不如萬用表,同理,測量頻率它不如頻率計數器。

　　問題8:毛刺觸發指標有什么意義(例如5ns)呢?假如有一個l00MHz的示波器,測量的方波信號大約是l0M左右,而且是占空比l:l左右的方波,設想一下，一個10M的方波,它的正向或者負向的脈寬都是5