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数字示波器使用方法总结

数字示波器使用小方法前言本文的结构逐条编排,目的是使内容成为开放性和可添加型的,欢迎有经验的同事增加新的内容。

对本文中用到按键符号作如下规定:TRIGGER MENU→Type(main)→Edge(pop-up)→Coupling(main)→DC(Side)代表按面板上的TRIGGER MENU键,再按显示屏下方的T ype键,重复按这个钮直到Edge高亮显示,再按显示屏下方的Coupling,再按显示屏右侧的DC键。

注:main代表显示屏下方的键,Side代表显示屏右方的键,pop-up代表一直按此键,直到项目高亮显示。

目录一.安全问题 (1)二.使用探头 (2)三.触发方式 (11)四.测试方法 (15)五.小常识、小经验 (23)一.安全问题结论一示波器电源线要用三相插头良好接地(即接实验室的地线)说明为了避免电冲击对示波器造成损伤,输出及输入端进行电气连接前要保证示波器良好接地。

结论二探头地线只能接电路板上的地线,不可以搭接在电路板的正、负电源端说明交流供电系统或经整流后直流供电的系统的地一般都是接大地的。

探头的地也是经示波器安全地线接大地的。

如果探头的地搭在电路板上不是地的点上,就会造成此点和电源地短路,轻者使电路板工作不正常,重者会烧坏电路板或探头,造成严重后果。

尤其注意不能把探头的地接到电路板上的正、负电源端。

结论三不允许在探头还连接着被测试电路时插拔探头。

说明避免对示波器和探头造成损伤,尤其是有源探头。

厂家说明。

结论四信号的幅度不要超过探头和示波器的安全幅度,以免造成损坏说明信号幅度超过±40V时,用有源探头P6245和P6243测量会造成探头的损坏。

不同探头的幅度量程是不同的,要留心探头及示波器上的说明文字。

二. 使用探头结论一 有源探头使用前要先进行幅度校准 示例:说明: 有源探头内含放大器等有源器件,因温漂等原因而使其在不同环境中引入直流偏移不同。

使用前,先插到示波器上预热几分钟,然后进行一次校准。

校准步骤:探头接好示波器面板自带的1KHZ 、0.5V 的信号,按VERTICAL→CAL Probe (main ),稍等几分钟后示波器就自动校准好了。

结论二 探头的地线不要悬空示例说明 探头地线悬空时,示波器的地和电路板的地通过各自的安全地线和大地连在一起,测量时也能看到波形,但引入地线噪声较大,实测时看到波形不稳定,晃动很厉害。

探头接电路GND ,波形无交流干扰,波形也很稳定。

探头地线悬空时,示波器显示信号上叠加有较大的交流干扰,并且波形抖动很厉害。

有源探头未校正前测一1KHZ信号有100mV 的直流偏移有源探头校正后测量同一信号时无直流偏移结论三手触摸探头会对被测信号造成影响示例以下两幅图是实际测试电路板上同一个信号时的波形,可看出手碰探头对信号的幅度的影响。

说明当手指触摸被测电路及探头时,人体引入的干扰电压和电路板上的信号电压叠加在一起,必然对信号的实际情况造成影响。

结论四探头地就近接被测信号的地示例探头空载,手不碰探头时示波器显示的感应噪声电压很小探头空载,手碰探头探针时示波器显示的感应噪声电压明显增大手碰探头外皮时,示波器显示的信号下降沿反冲幅度变小, 只有1.24V。

实际信号下降沿反冲很高,达1 .78V。

说明由于地线电流的影响,各个接地点之间存在着一定的电位差,接地不正确时,会引入测试误差。

探头接地点要以被测信号所在芯片的引脚地为准。

结论五探头探针就近接被测信号管脚示例:说明在同一条PCB走线上,信号存在反射、滤波、串扰等因素影响,走线的两端观察到的信号是不同的,而对器件直接起作用的信号是器件输入管脚和器件地之间的信号。

因此,测信号时,应测输入信号,且要尽量靠近芯片管脚。

结论六引出线要尽量短示例:以下四幅图是用不同长度引出线测同一信号时的波形,可看出不同长度引出线对测量的影响探头接被测信号所在芯片管脚地时测到波形探头接另外一个芯片的地时测到的同一信号波形,可见反冲高度不一样同一个接地点时,同一信号线上不同两点的波形不同。

(40M时钟)用10厘米长线引出直接测芯片输入管脚比较四幅图的反冲高度可见,引出线越长,引入误差越大。

说明 原因同上结论七 使用多个有源探头观察不同信号时,每个探头都应接地 示例说明 每个有源探头都带有放大器,其地虽与示波器内部地相连,但此时地线已不是对应信号的地,对测量带来误差。

结论八 测试时,尽量减小探头探针与探头地所构成环路的面积 示例说明 探头信号线和地线之间环路面积越小,电磁场的变化(包括电路板本身产生的和外界环境中的)在环路中感应出的电压越小,对测试精度的影响也就越小。

另外,当探针与地线环路面积大时,由于地环路电感的增大,会使信号边沿过冲增大,引入误差。

如下面两幅图所示。

两个通道测同一信号,CH1探头接地,CH2探头未接地,测得波形不一样CH1和CH2 的两个探头都接地时测得波形相同探头探针与探头地所构成环路的面积小时感应的噪声电压小探头探针与探头地所构成环路的面积大时感应的噪声电压大结论九 探头要尽量与电路板PCB 板面垂直示例说明 与探头和PCB 板面平行相比,探头与PCB 板面垂直时电路板中高频信号在示波器探头环路中感应出的电压较小。

结论十 测量任意两点间的信号应使用差分探头示例说明:普通探头只能测相对于地的信号,而差分探头可以测任意两点间信号。

差分探头有三根引线:一根地线,一根正信号线(标示为+)和一根负信号线(标示为—)。

使用时,探头地线接电路板GND,正负端分别接被测差分电压探头与电路板垂直时感应的噪声电压小探头与电路板平行时感应的噪声电压大这是用差分探头测量RS-422差分传输的波形图地环路面积小时测得过冲是2.2V地环路面积大时测得过冲是2.8V端,示波器显示的波形是正端信号减负端信号的电压差值。

结论十一 可以用两个普通探头代替差分探头进行差分测量示例说明 用两个相同的探头,CH1接A 点,CH2接B 点,然后用示波器的运算功能,选择CH1-CH2,此时示波器显示的就是A 和B 两点的差分值。

这种方法适用于共模电压为直流或低频且幅度低于差模信号允许幅度的情况。

结论十二 用差分探头作对地测量时“-”端不能悬空 示例:说明 “-”端是差分探头中放大器的一个输入引脚,差分探头用作普通探头测对地电压时,负端悬空时易引入干扰,应要接电路地。

结论十三 小心探头间的串扰现象示例上图是用两个普通探头相减作差分测量波形图 下图是用差分探头测量同一信号的波形图差分探头作对地测量,“-”端未接地时波形图差分探头作对地测量,“-”端接地时测同一信号的波形图说明 高频信号辐射较强,多个探头共用时,探针上高频信号会在各个探头与地线组成的环路面积中感应出噪声,当多个探头平行走线时尤其严重。

从示波器上看好像是电路板上信号间的串扰,而实际电路板上信号并无串扰。

因此要注意,多个探头共用时,各探头要避免平行走线,更不要缠在一起,要尽量远离。

结论十四 探头与示波器有特殊的匹配关系 示例说明 TEK 示波器的输入电阻有两档,1M Ω和50Ω。

当接有源探头时(如P6245),示波器的输入电阻会自动转换到50Ω,从而进行正确测量。

当再换上无源探头时,需要手工把示波器的输入电阻设臵回到1M Ω,否则屏幕上会显示错误波形或无波形显示,无法进行正确测量。

操作步骤是:VERTICAL MENU →Coupling (main )→1M Ω(side)。

结论十五 有源探头未插好时,虽显示有波形,但波形幅度错误 示例:两个探头靠得很近(尤其是探针和探头地线构成面积平行重叠时),测到波形有串扰两个探头远离时,测到波形无串扰用500M 无源探头,示波器输入电阻选1M 时,测到的正常信号波形 用500M 无源探头,示波器输入电阻选50Ω时,测同一信号的波形,发生了错误。

说明 断开探头和电路的电气连接,从示波器上拔下探头再重新插入。

一般先插好探头再打开示波器的电源开关时无此现象发生。

结论十六 要注意差分探头的“削波”现象 示例:说明: TEK 公司差分探头P6247能够测量的差分电压范围是:打在÷10档位时是±8.5V ,打在÷1档位时只有±850mV 。

差分信号峰峰值超过850mV 时(比如测公司常用的平衡线传输信号±5V ),要注意选用÷10档,否则会因输入过大而使显示的波形发生错误。

结论十七 测试高速信号时要选用1G 、1PF 探头示例说明 对被测信号而言,探头和示波器输入电容相当于是滤波器,对被测信探头未插好时显示的信号幅度发生错误,本来是0-5V 的电平,却显示成了0-25V 和0-250V 。

(同一个信号)差分探头,用÷10档位测到的正确差分信号波形差分探头,用÷1档测到的同一差分波形,发生了“削波”现象用,1G 示波器,配1G 、1PF 探头观察到的信号波形,有高频振荡。

用1G 示波器,配500M 、8PF 探头观察同一信号波形,看不到高频振荡。

号的高频成分有衰减,如果衰减过大,会造成测试失真。

因此,在观察信号上升或下降沿细节时,要注意选用1PF 有源探头。

再如下图,用1PF 探头看到信号边沿有毛刺,用8PF 探头却看不到。

探头使用正确与否,直接决定着我们观察到的信号是否真实地反映了电路板上信号的实际情况。

测试时,一定要注意正确使用探头。

用1PF 探头能看到边沿的毛刺8PF 探头看不到边沿毛刺三. 触发方式1. 边沿触发简单常用-edge说明: 它是利用信号变化的边沿来进行触发。

一般先用边沿触发方式观察信号情况,发现有问题时再根据实际情况选用其它的触发方式。

2. 捕捉毛刺-g litch 触发说明:毛刺触发是很有用的一项功能,可用来捕捉低电平或高电平上的毛刺,看其幅度是否超标。

毛刺触发方式下,随着触发电平的缓慢调高,毛刺幅度更高的信号就显示在屏幕上,直到触发电平位臵超出信号毛刺所能触发范围。

操作方法 :TRIGGER MENU →Type(main)→Pulse(pop-up)→Class(main)→Glitch(pop-up ) ,然后按Polarity&Width 选择毛刺的极性和宽度,再按glitch(main),选accept 表示宽度小于设臵值的毛刺触发,选reject 表示宽度大于设臵值的毛刺触发。

Mode&Holdoff 设臵为Normal 时,表示只有当信号符合所设臵的触发条件时才触发;设臵为Auto 时,表示在没有符合触发条件的情况下,示波器自动触发。

3. 捕捉幅度异常信号-Runt 触发用上升沿触发观察信号用边沿触发能看到低电平上有毛刺,但很难捕捉到最高幅度的毛刺用毛刺触发功能捕捉最高幅度的毛刺很容易以幅度位于 1.4V 和4.4V 之间的信号触发捕捉到幅度异常信号说明:信号幅度位于一定范围内时触发。

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