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示波器的应用简介
基本应用
波形观察与基本参数测量 电路诊断与异常情况捕获 XY显示（Lissajous图)
信号的高级分析
数学运算（加减、积分微分、FFT、滤波、用户自定义功能等等） 时钟恢复与眼图显测试、抖动分析与测量 串行通信信号的捕捉与解码（I2C、SPI、CAN等） 超宽带信号的调制域分析（UWB、雷达等）
Amplitude (mVpp)
350 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4
高斯(Gaussian)频响 BW = 2 x BWsignal
平坦(Flat)频响 BW = 1.4 x BWsignal
BWsignal 6
8 10 Fre que ncy (GHz)
示波器必须精确捕获数字信号中的显著频率成分(<=BWsignal信号带宽)， 以完成信号的测量。
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带宽和采样率的计算
为了确保测量精度，示波器的带宽主要取决于信号的上升沿时间，而不是信号的频率。
示波器的带宽和精度 确定信号的最大频率(FMAX)* 确定示波器的频响类型 上升沿时间测量误差 20% 10% 3% 最小采样率 0.5 / Signal Risetime (10%-90%) OR 0.4 / Signal Risetime (20%-80%) 高斯(Gaussian)响应 平滑(Flat)响应
Acq #200
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顺序采样技术(Sequential Sampling Technique)
只用于重复信号 每次触发只捕获一个采样点
通过多次触发事件重构信号波形
通常用于带宽大于10GHz的采样示波器中 没有触发点之前的信息
1st Trigger
2nd Trigger 3rd Trigger
安捷伦仪器与仪表产品培训课程
9000系列 示波器使用培训
安捷伦科技大学
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Agilent 90000A 示波器培训课程内容
示波器技术简介 示波器的工作原理 示波器的操作 实验

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第一章: 示波器技术简介
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示波器采样率SRscope = 4 * BWscope = 1.33GSa/s
采用sin(x)/x内插, 使用系数4 不采用sin(x)/x内插, 使用系数10
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等效时间 (重复) 采样技术 Equivalent Time (Repetitive) Technique
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小问题
不同带宽的示波器观察50MHz方波结果是什么样子?
60MHz 示波器 100MHz 示波器 350MHz 示波器
500MHz示波器
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示波器的频响方式
500 450 400
理想砖墙(Brick Wall)频响 BW =BWsignal
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数字示波器存储
每一个采样点必须存储到存储器，以便后续的处理和显示 更深的存储深度可以存储更多的采样点 捕捉更长时间数据意味如果需要保持采样率就需要保存更多的采样点
示波器的存储深度是指每个通道可以存储的数字化的点数
14 16 43 122 176 232 231 229 228
Scope Memory
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存储深度与采样率的关系
记录时间长度 = 采样周期 x 存储深度
1 GSa
1 1 1 1 1 1 1 1
1
1
200 MSa
1 2
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1
sample period
10ns/div
500 nsec
1sec
e.g. sampling rate = 1 Gas/s, sample period = 1/1G = 1ns 10ms = 1ns x 10M !!
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带宽越大越好吗？
示波器的底噪与带宽相关，带宽越大，噪声电平越高！
80000B示波器的降噪选件
@6GHz bandwidth σ= 278uV/p-p = 2.8mV
@10GHz bandwidth σ= 365uV/p-p = 3.6mV
@13GHz bandwidth σ= 406uV/p-p = 4.3mV
Std. Memory 10 Mpts 10 Mpts 10 Mpts 10 Mpts 10 Mpts 10 Mpts
Scope Logic Channels Channels 4 4 16 4 4 16 4 4 16
Sample rate and memory depth double in 2-ch mode
Infiniium 9000 Series Agilent Confidential April 2009
第二章: 示波器的工作原理
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数字示波器的工作原理

数字示波器的基本结构

示波器的带宽
采样技术


存储深度
显示技术


触发
测量和数学运算
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June 1, 2009 Public Introduction
Options: •Memory up to 1Gpts (2ch)/ 500Mpts (4-ch) • ~25 SW applications
• Rack mount kit
• Removable HDD • DSO MSO Upgrades
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示波器的带宽
input
Front End
Flash A/D Sampling
Digital storage
1. 模拟带宽: -3dB
Gain(dB)
0dB
-3dB
Gain(dB) 20 log
带 宽
Vout Vin
f
2. 数字带宽:
采样速率的 1/4 或 1/10
示波器的带宽选择取决于示波器的频率响应类型
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多大的带宽才足够?
确定信号的最快上升沿时间，Tr
计算信号的带宽, BWsignal
BWsignal = 0.4 / Tr BWsignal = 0.5 / Tr
(20% to 80% 阈值) (10% to 90% 阈值)
顺序采样技术 Sequential Sampling (Repetitive)
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实时采样技术
用于重复或单次信号的采样 所有样点的采集通过一次触发完成 前一次触发的采样点被覆盖 采样率可能限制示波器的总体带宽 最佳的分辨率直接取决于采样率
Each Trigger Identical
DSO 9104A MSO 9104A DSO 9254A MSO 9254A DSO 9404A MSO 9404A
Model
Analog Bandwidth
1 GHz 2.5 GHz源自4 GHzMax Sample rate 10 GSa/s 10 GSa/s 10 GSa/s 10 GSa/s 10 GSa/s 10 GSa/s
标准通信接口的一致性/兼容性测试
USB2.0、PCI-E、GbE、Fibre Channel、SATA、HDMI等
……
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安捷伦示波器概观
New April 27
New June 16
DCA-J X-Series
90000 X-Series
New March 3
数字示波器的基本结构
模拟带宽
Front End
input1
采样率
Flash A/D Sampling
存储深度
Digital storage Display circuit
input2
Flash A/D Sampling
Digital storage
Ext. trig
Timing circuit
Oscillator
峰值检测(Peak Detect)能够捕获采样点之间的毛刺
Digitized Waveform
Max Sample Clock



保持高的采样率 侦测最大值和最小值 每个间隔时间内保存2个点 与时基设置无关
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多少存储器是足够的?
确定需要的采样间隔或采样率（保证不失真），Tr
计算出示波器的带宽, BWscope , 保证3%上升沿时间测量误差
BWscope = 2 * BWsignal (适用于高斯响应示波器) BWscope = 1.4 * BWsignal (适用于平坦响应示波器)
小问题
对于最快上升沿时间3ns(10%-90%)的信号，应选用多大带宽的示波器，保证3%测量误差？
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深存储带来的负面影响
波形更新率较慢 面板响应时间较慢
示波器带宽(Bandwidth) 1.0 Fmax 1.0 Fmax 1.3 Fmax 1.2 Fmax 1.9 Fmax 1.4 Fmax 4 x Bandwidth 2.5 x Bandwidth