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示波器基礎(chǔ)培訓(xùn)教程 汪進進frankie wang1964年成立 專業(yè)研制高能物理測試儀器 1970年開始生產(chǎn)電子測試儀器 1984年開始生產(chǎn)數(shù)字示波器 1995年在NASDAQ股票市場上市 2002年推出創(chuàng)新的X Stream技術(shù)系列示波器 世界三大數(shù)字示波器供應(yīng)商之一 串行數(shù)據(jù)市場占有率第一世界上唯一一家專業(yè) 專注于數(shù)字示波器的公司科學(xué)家的測試儀器 力科公司簡介豐富的高技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗 公司總部設(shè)在美國紐約 我們在持續(xù)創(chuàng)新 力科全系列示波器產(chǎn)品 為您探索數(shù)字世界保駕護航60MHz 100GHz示波器 帶寬 SignalComplexity 1 5GHz 6GHz 100MHz 500MHz 60MHz 300MHz 200MHz 1GHz 400MHz 2GHz 4GHz 30GHz 100GHz 通過量身定制擴展工程師的能力 應(yīng)用深入的調(diào)試和分析工具箱 以數(shù)字方式和可視方式提取實用信息 準確地捕獲 測量和顯示信號 滿足懷信心地查看 調(diào)試 驗證或檢查標準一致性 集成硬件和軟件結(jié)構(gòu) 縮短測量時間 提供洞察力 我們創(chuàng)造示波器 力科公司致力于做世界上最好的示波器 世界上最高帶寬的示波器30GHzVS20GHzVS13GHz世界上最高采樣率的示波器80GS sVS50GS sVS40GS s世界上最高可分析存儲深度的示波器512MptsVS40MptsVS40Mpts世界上最強大分析能力的示波器300倍眼圖速度最精確抖動分解方法最快捕獲異常信號能力 示波器的基本原理帶寬采樣率量化誤差存儲深度通道疊加插值算法觸發(fā)特別工作模式顯示功能測量功能直方圖FFT抖動追蹤WaveScanTriggerScan歸檔功能 示波器的基本原理 示波器的五大基本功能 5ReasonsPeopleBuyDSO SCaptureAndStoreTheSignalViewTheSignalInAVarietyOfDisplayFormatsMeasureTheSignalUsingCursorsAndParameterReadoutsAnalyzeTheSignalUsingWaveformMathAndSignalProcessingDocumentTheSignalUsingWaveformStorageAndGraphicsFiles 一般數(shù)字示波器工作原理簡圖 顯示 顯示 顯示處理器 采集 輸入信號 放大器 A D C 采集存儲器 數(shù)學(xué)處理器 協(xié)處理器 應(yīng)用軟件 RAM 測量與分析 存檔 可存儲到軟盤 IC存儲卡以及硬盤 連接到計算機打印機的數(shù)據(jù)總線 觸發(fā)器 2 1 3 4 操作系統(tǒng) DSO的屏幕顯示 垂直范圍是8x Volts Div 8位ADC的256二進制碼捕獲時間 10 x Time Div 采樣率 1 采樣周期 存儲深度 采樣時間存儲深度 采樣率x采樣時間數(shù)字帶寬 奈奎斯特頻率 采樣率 2能觀察到的最高頻率和最低頻率的比率 存儲深度 2 ADCFullScale 捕獲信號的原則 原則 1最小化量化誤差原則 2至少捕獲感興趣的一個周期的的低頻成分原則 3時刻警惕采樣率 小心混疊原則 4在有些時候使用一些特別的獲取模式或處理方法 帶寬 模擬帶寬數(shù)字帶寬系統(tǒng)帶寬 帶寬 帶寬就是輸出降低到輸入的70 7 時的頻率 帶寬與上升時間 實際帶寬 1V 3db 0 707V 頻率 電壓 trscope ns 350 bandwidth MHz Measuredrisetime tr 2 trsignal 2 trscope 2 trprobe 2 需要多高的帶寬 需要多高的帶寬 首先取決于您需要測試的信號類型及您希望的測試準確度 最重要的因素是對上升時間和幅值測量的準確度要求 對串行信號而言 數(shù)據(jù)比特率和上升時間是最重要的兩個因素 有一個非常好的評估準則是 示波器的帶寬 1 8X信號比特率 在這個準則下 如果被測信號的上升時間 20 UI 那么1 8關(guān)系的帶寬能捕獲信號能量的99 上升時間與帶寬的關(guān)系 PSDvsRisetimeandBitrate ThisgraphshowsthePowerSpectralDensityofthefrequencycontentofaserialdatasignalasafunctionoftherisetimeofthesignal Fastrisetimes 0 10 ofaUI havemorehighfrequencycontent Notethehorizontalaxisisinmultiplesofthebitrate Peaksareatoddmultiplesofhalfthebitrate ThisgraphcourtesyofPetePupalaikis 延伸閱讀 關(guān)于示波器的帶寬示波器響應(yīng)方式對信號采集保真度的影響Eye Patterns in ScopesHoward Adequate Bandwidth 采樣率 采樣基礎(chǔ) 采樣率是模擬信號中包含的最高頻率的兩倍時 模擬信號可以沒有失真地被重構(gòu)這個采樣頻率被稱為Nyquist頻率這表示數(shù)字化波形能表征的最高頻率是采樣率的一半 這就是波形理論上的數(shù)字帶寬 窄帶波形如正弦播需要4倍于信號頻率的采樣率 寬帶信號如脈沖需要以波形頻率的至少10倍來采樣 決定于波形的上升時間 采樣過程 經(jīng)過放大器的輸入波形加到快速電子開關(guān)每個采樣周期內(nèi)開關(guān)暫時關(guān)閉使保持電容被充電到采樣電壓值摸數(shù)轉(zhuǎn)換器在下一個周期前將每個采樣點的電平轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字值 數(shù)字化基礎(chǔ) 所有的力科示波器都采用了并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 垂直精度是8位或者說是1 256模數(shù)轉(zhuǎn)換的速率在4通道同時使用時可達到40GS s在ADC的兩通道或更多通道交替使用時可以達到更高的采樣率 一個4位的ADC表示了數(shù)字化的典型工作原理 每個采樣值和不用權(quán)重的參考值進行比較 比較器的輸出解碼為帶符號的二進制數(shù)值 數(shù)字化基礎(chǔ) N比特垂直精度的數(shù)字化儀將一個模擬電壓轉(zhuǎn)換為N比特的數(shù)字 Bitsresolution8255 1N 2n 1 1數(shù)字化的輸出采用帶符號的二進制格式采用帶符號的二進制 屏幕頂部產(chǎn)生的代碼是 127 屏幕中間是0 屏幕底部是 128二進制代碼根據(jù)垂直增益和偏置量化后轉(zhuǎn)換為電壓值數(shù)字化的精度可以通過信號處理方式如平均或加強分辨率 數(shù)字濾波 的方式增加 DecimalSignedBinary 12711111111 110000001010000000 101111111 12800000000 為什么需用高采樣 超過帶寬5倍以上的采樣率可保證好的測量精度測試脈沖波 需在上升沿采樣大于5個點高采樣率減少了測試波形的失真 采樣率太低會導(dǎo)致混疊 如果一個信號一個周期采樣少于兩個點 采樣出的信號頻率低于實際頻率 這種現(xiàn)象叫混疊 混疊頻率是輸入信號頻率和采樣率或諧波頻率之差 混疊信號觸發(fā)不穩(wěn)或在水平軸移動 哪個測量結(jié)果是正確的 這兩個波形看起來是一致的 但測量出的頻率卻大不相同判斷波形失真的線索 上一個波形沒有和觸發(fā)點相對齊 上一個波形測出的頻率近似為下面波形的頻率減去兩倍采樣率經(jīng)驗 Alwayskeepaneyeonthesamplingrate MeasuredFrequency 28 049MHz ClockSampledat250MS s ClockSampledat20GS s MeasuredFrequency 527 9MHz 取樣速率的影響 取樣速率決定捕獲信號的時間分辨率 時間分辨率越高 可以查看的波形細節(jié)越多 但可以捕獲的時間窗口會下降 量化誤差 量化誤差 8位的ADC能代表的是256個量化級別滿柵格顯示的信號充分利用了ADC信號的顯示小于滿柵格增加了量化臺階 減小了精度滿柵格 8 bit精度 柵格 7 bit精度 柵格 6 bit精度不確定柵格 Vfullscale 2n n numberofbits利用可變增益來精確測量信號的某一部分來充分利用好ADC的范圍 下面的信號的4倍衰減產(chǎn)生了4倍的量化誤差 2bits的精度誤差 對上升沿的放大表明了量化誤差的影響 只有一個柵格的情況下 將每個波形壓縮到1 4的尺度減小了垂直分辨率到6bits但允許所有的波形被觀察到 將每個波形都顯示為滿柵格保持有8bits的垂直分辨率但很無法清楚地觀察每個波形 Multi GridEliminatesCompromise 多柵格顯示可以獨立的使每個波形都能滿柵格顯示不需要在高垂直分辨率和可視性方面妥協(xié)了可選擇1 2 4 8柵格顯示 多柵格顯示為每個輸入通道提供了8 bit的垂直分辨率 多柵格顯示提高了垂直精度 Reducedstandarddeviationinlowerdisplayindicatesimprovedmeasurementaccuracyandrepeatability 4TracesShareSingleGrid 4Tracesin4IndividualGrids 多柵格顯示提高了時域測量參數(shù)精度 Reducedstandarddeviationinlowerdisplayindicatesimprovedmeasurementaccuracyandrepeatability 4TracesShareSingleGrid 4Tracesin4IndividualGrids 延伸閱讀 關(guān)于電源紋波測量動態(tài)范圍和紋波測量 存儲深度 需要長存儲的測試 雷達無線通信光產(chǎn)品調(diào)試頻域分析因果調(diào)試發(fā)現(xiàn)隨機或罕見的錯誤 統(tǒng)計分析抖動追蹤分析眼圖 減少觸發(fā)抖動的影響 數(shù)據(jù)采集高頻與低頻混合系統(tǒng) 最大存儲長度 最高采樣率x最大采樣率窗口 力科WM8Zi系列 20M 20Gs sx1ms DSO取樣速率和記錄長度 取樣速率 Nt sec時間窗口 記錄長度 取樣速率 存儲深度決定了實際采樣率的大小 更大的存儲深度在任何給定時間條件下會有更高的采樣率更高的采樣率 更小的混疊 SamplingRate Time Division AcquisitionMemory 10GS s 1GS s 100MS s 10MS s 1MS s 100kS s 100ns 10ns 1ns 100us 10us 1us 100ms 10ms 1ms 100ps 500us div 20us div 5us div 1us div ApplicationExample AnalyzingSerialATA 1 5Gbps orPCIExpress 2 5Gbps signalwithSpreadSpectrumClockingrequirestimebaseof10us divtocapturethreecyclesofSSC Ascopewith250kptsmemorycannotsampleatmorethan2 5GS sandwillaliasthesignalAscopewith1Mptsofmemorycansampleatupto10GS sandcananalyzethesignalwithreducedprecisionAscopewith2Mptsormorememorycansampleat20GS sandcananalyzethesignalwithoutcompromise 存儲深度決定了有效帶寬 在短的時基設(shè)定下 有效帶寬由示波器模擬帶寬決定 在長的時基本設(shè)定下 存儲深度決定了有效帶寬 長存儲使得有更高的采樣率 結(jié)果導(dǎo)致隨時間的增加有效帶寬的減小很小 Bandwidth Analog Digital Time Division MinimumVisibleFrequency AcquisitionMemory 10GHz 1GHz 100MHz 10MHz 1MHz 100kHz 100ns 1MHz 10ns 10MHz 1ns 100MHz 100us 1kHz 10us 10kHz 1us 100kHz 100ms 1Hz 10ms 10Hz 1ms 100Hz 100ps 1GHz 500us div 20us div 5us div 1us div ApplicationExample ViewingACpowermodulationonasignalrequiresatimebasesettingof2ms divtoseeone60Hzcycle Ascopewith250kptsmemoryhasaneffectivebandwidthof6 25MHzat2ms divAscopewith1Mptsmemoryhasaneffectivebandwidthof25MHzat2ms divAscopewith100Mptsmemoryhasaneffectivebandwidthof2 5GHzat2ms div 長存儲能減小混疊 隨著時基的增加 用到的存儲深度會增加或采樣率會下降如果捕獲時間和采樣率的乘積超過了最大存儲深度 采樣率會下降更深的存儲深度使得在給定采樣率下能捕獲更長時間的波形更深的存儲深度使得在給定捕獲時間下有更高的采樣率和數(shù)字帶寬更高的采樣率減小了混疊的風險 長存儲能讓你看到更多 存儲深度決定了DSO同時分析高頻和低頻現(xiàn)象的能力低頻信號中有高頻噪音高速信號中有低頻調(diào)制 延伸閱讀 采樣率和存儲深度 通道疊加 采樣率和存儲器是如何疊加使用的 當2通道工作時 通道1和2工作在疊加模式 通道3和4也工作在疊加模式 一個通道延遲 的采樣周期采樣使得采樣率加倍每個數(shù)字化芯片都可以工作在最大采樣率 它們協(xié)同工作 采樣過程中交替讀取捕獲存儲器中的采樣點 插值算法 插值 插值是指在采樣的點中間添加數(shù)據(jù)點來使得波形平滑開始使用該方法是為了彌補采樣率的不足不用的插值方法可能產(chǎn)生不同的波形最常用的插值方法是sin x x 但也還有其它的插制方法 Sin x x TheGood sin x x運算法則對圓形信號重組很有幫助 如對正弦波Sin x x不能解決非正弦畸變問題 1GS s NoInterpolation 1GS s sin x xInterpolation ActualSignal 200GS s RISMode Sin x x TheBad Sin x x方法在用于直的上升沿信號上一定要小心插值方法的預(yù)測性特點會導(dǎo)致在轉(zhuǎn)換的位置上產(chǎn)生不正確的信號前沖和過沖畸變插值算法不能顯示在數(shù)字采樣中間意外的的行為 顯然 干凈 的波形能給出錯誤的安全感 用戶必須意識到示波器的這個特點 Pre shoot Overshoot 20GS s NoInterpolation 1GS s sin x xInterpolation Both Sin x x TheUgly 有些廠商默認為sin x x插值來掩蓋采樣率的限制對正弦信號工作起來正常 但可能對一些方波信號會產(chǎn)生一些預(yù)想不到的后果對大多數(shù)高端示波器的用戶主要是的測試對象是方波信號最好的方法是過采樣 不要采用插值算法假設(shè)要分析的信號的類型是冒險的過采樣對任何信號類型都是可靠的原則 任何時候盡可能保證邊沿上有4個采樣點含義示波器必須有足夠的存儲深度來確保在快采樣率下捕獲足夠的時間間隔示波器處理速度要足夠的快使得用戶在使用長存儲時有信心 延伸閱讀 DSO中的內(nèi)插技術(shù) 觸發(fā)功能 采集內(nèi)存 循環(huán)緩沖 觸發(fā)告訴DSO什么時候停止采集在DSO中 觸發(fā)可以位于記錄中的任何地方采集內(nèi)存是一個循環(huán)緩沖 新數(shù)據(jù)會覆蓋最老的數(shù)據(jù) 直到采集過程結(jié)束 觸發(fā) 觸發(fā) 按照需求設(shè)置一定的電壓幅值 時間 波形變化率等方面的條件 當波形流中的某一個波形滿足這一條件時 示波器即實時捕獲該波形和其相鄰部分 并顯示在屏幕上 觸發(fā)條件的唯一性是精確捕獲的首要條件為了觀察特定波形之前發(fā)生的更多事件 把觸發(fā)點往顯示窗口右方推移一段時間 即是延遲觸發(fā) 為了了解特定波形之后發(fā)生的更多事件 把觸發(fā)點往顯示窗口左方推移一段時間 即是超前觸發(fā) 1 隔離感興趣的事件2 穩(wěn)定顯示波形觸發(fā)電路的作用就是保證每次時基在屏幕上掃描的時候 都從輸入信號上與定義的觸發(fā)點相同的點開始 這樣每一次掃描的波形就同步的 從而顯示穩(wěn)定的波形 見圖b c 沒有觸發(fā)電路在屏幕上看到的將會是具有隨機起點的很多波形雜亂重疊的圖象 見圖a 觸發(fā)是使用示波器最麻煩的一點 示波器提供了許多觸發(fā)方式 可根據(jù)測量問題加以應(yīng)用 作為數(shù)字示波器來說 觸發(fā)實際上參與了確定波形的存儲起點 3 2 1 不正常觸發(fā) 正常觸發(fā) a b c 示波器觸發(fā)的作用 1 觸發(fā)源2 觸發(fā)點3 觸發(fā)電平4 觸發(fā)方式5 觸發(fā)模式 觸發(fā)相關(guān)的五個名詞 智能觸發(fā)隔離出感興趣的事件 邊沿觸發(fā)能識別出的只是信號邊沿和電壓智能觸發(fā)能被用于隔離想看的事件或信號中的異常部分并產(chǎn)生穩(wěn)定顯示的波形寬度毛刺間隔條件狀態(tài)漏失邏輯智能觸發(fā)的靈活使用 更快的結(jié)果 Triggeroccursonfallingedgeofnarrowerpulse Triggercanoccuronrisingedgeofeitherpulse 寬度 Width 和毛刺 Glitch 觸發(fā) 根據(jù)信號寬度值 毛刺值觸發(fā) 可選正向或負向?qū)挾?毛刺 可用于捕捉信號中的罕見寬度 毛刺信號 能檢測600ps到20s的毛刺有包含 排外選擇模式 最長保持20秒或1到9 999 999個事件 保持觸發(fā)holdoff 根據(jù)信號滿足設(shè)定持續(xù)時間值 Time 或事件數(shù) Evts 后觸發(fā) 間隔觸發(fā)Interval 范圍從2ns到20s有包含 排外選擇模式 根據(jù)信號周期或間隔值大小觸發(fā) 條件觸發(fā)Qualify和狀態(tài)觸發(fā)State 根據(jù)信號周期或間隔值大小觸發(fā) 狀態(tài)觸發(fā)State 當?shù)诙€波形設(shè)定條件滿足并保持該狀態(tài)后 在第一個波形邊沿處觸發(fā) 條件觸發(fā)Qualify 當?shù)诙€波形設(shè)定條件滿足一次后 在第一個波形邊沿處觸發(fā) 狀態(tài)觸發(fā)State 邏輯觸發(fā)Logic 各通道信號分別同時滿足所設(shè)定邏輯電平條件及所選擇的邏輯關(guān)系后觸發(fā)可選邏輯條件 與 And 非與 Nand 或 Or 非或 Nor CaseCade觸發(fā) 四級硬件觸發(fā) A B C D每級觸發(fā)包括以下觸發(fā)方式 Width Glitch Window State Dropout Interval Timeout Runt andSlewRate按排列組合 總計共有2500種以上觸發(fā)方式 延伸閱讀 關(guān)于示波器的觸發(fā)功能I關(guān)于示波器的觸發(fā)功能II 特別工作模式 實時模式 描述操作中的正常模式使用適合重復(fù)性的和非重復(fù)性的波形 缺點只要采樣率足夠 沒什么確定 順序模式 描述將存儲深度分成若干段每一段里被當作獨立的存儲空間每一段里存放當前觸發(fā)到的波形給出相鄰每個事件捕獲的時刻和相鄰兩次事件的時間間隔使用適合于重復(fù)性和非重復(fù)性的波形充分利用存儲空間 忽略掉事件中不感興趣的的部分最小化捕獲的死區(qū)時間加快定位異常事件 順序采集模式Sequence 將示波器存儲器分成數(shù)段 分段順序記錄符合觸發(fā)條件的信號 但不符合觸發(fā)條件或無信號輸入時 示波器將不采集信號 分段時標可在時間狀態(tài)中查看 2 20000段典型寂靜時間為6us 從順序采集模式的顯示中發(fā)現(xiàn)問題 Mosaic Perspective Waterfall 隨機間隔采樣模式 RIS 描述RIS工作原理和采樣示波器類似 通過多周期采樣來重組波形使得采樣率很高使用只能用于周期重復(fù)性的波形可以提高時域精度 達到200GS s 缺點需要重復(fù)采樣來完成捕獲 應(yīng)用場合不多波形刷新率很低 RIS通過多次捕獲產(chǎn)生一個重組的波形 RIS模式下通過多次捕獲來產(chǎn)生一個重組的波形 獲得更高的有效采樣率測量出觸發(fā)點和第一個采樣點之間的時間作為定位每次捕獲的依據(jù)通過多次采樣才能獲得足夠多的采樣點 如果捕獲過程被中斷會看到 IncompleteRISAcquisition 的信息提示 RIS的工作原理就象采樣示波器一樣 通過多次捕獲產(chǎn)生重組后的波形從而具有更高的有效采樣率 滾動模式 低速數(shù)據(jù)的快速查看 當采樣率低于示波器顯示的刷新率時 我們將采樣到的每一個采樣點都顯示到屏幕上 這就消除了在實時模式下波形刷新之間的死區(qū)時間滾動模式下的顯示就如皮帶輪的移動 隨著采樣的進行 采樣點從左邊逐漸移動到右邊示波器隨著調(diào)節(jié)時基增加會自動進入滾動模式 但有些示波器的滾動模式不是自動選擇的 每次要激活滾動模式時 必須設(shè)置好采樣率和時基 從時基對話框中手動選擇滾動模式 增強分辨率模式 ERES 描述ERES通過對波形濾波增強了垂直分辨率在1 2bit中增加了3bit的垂直分辨率使用適合于單次或周期重復(fù)性波形減小波形上的噪音增加電壓測量的精度缺點在1 2bit上有效數(shù)字帶寬降低了50 EBW SRx0 52n 1 SR 采樣率n ERES中的比特位設(shè)置 波形平均 描述對多次捕獲到的波形進行平均使用只能對重復(fù)性的波形適合減小波形上的噪音幫助揭示重復(fù)性的異常信號增加了電壓測量的精確度缺點將掩蓋瞬間事件 延伸閱讀 順序模式RIS和Roll模式 顯示功能 模擬余輝 描述累積多次捕獲的數(shù)據(jù)點并用濃度 顏色和3D方式來分級使用揭示信號的失真產(chǎn)生眼圖評估抖動觀察欠采樣的波形識別混疊注意觸發(fā)抖動太大會對模擬余輝產(chǎn)生影響 模擬余輝能揭示混疊 余輝能被用來揭示混疊 顯示真正的波形 不管是否欠采樣余輝軌跡平均能復(fù)制出實際的波形 可根據(jù)此波形來進行全面分析條件信號一定是重復(fù)性的觸發(fā)點相對于實際信號是穩(wěn)定的 多柵格和多窗口處理波形 多達8個柵格分別顯示各路信號8個柵格中的每路信號都具8位垂直分辨率多達8個相對獨立的水平和垂直擴展窗彩色指示能清楚的分辨各個窗口的信號源 串聯(lián)擴展 并聯(lián)擴展 8窗口顯示和分析波形 Ch1原始波形 F1 F8分析顯示 F1 抖動分析F2 直方圖分析F4 波形擴展F5 FFT分析F6 直方圖分析F7 波形擴展F8 直方圖分析 多窗口8bits顯示波形 更高的幅度分辨率 2個柵格分別顯示2路信號每路信號都具8bits垂直分辨率高的幅度測試精度 1個柵格顯示2路信號每路信號只有7bits垂直分辨率低的幅度測試精度 多窗口游標測量自動滾動顯示 多窗口自動滾動顯示 多窗口游標測量 XY顯示 余輝顯示 三維動態(tài) 可同時顯示時域信號和XY顯示圖 可分別設(shè)置各路信號余輝開關(guān) 可三維動態(tài)顯示信號 CDMA信號 測量功能 已捕獲到了信號 下一步是 一旦信號被高保真的捕獲了之后 數(shù)字示波器提供了一系列的工具來從這些信號中提取有用的信息 光標測量 最基本的測量工具是從模擬示波器中沿用過來的容易設(shè)置和使用需要使用者去看測量波形的位置測量精度有限容易有使用者誤差不能利用DSO的處理速度和精確度 放大后用光標測量 放大有助于查看波形細節(jié)和用游標測量捕獲時間很長的信號放大能用于任何波形上能同時顯示8個波形每個放大的波形都是完全獨立的源波形水平位置和尺度垂直位置和尺度游標能表示出所有軌跡的時間和幅度關(guān)系Screenshotshowsalongacquisition 200us 20GS s plusazoomplustwozoomsonthefirstzoom Increasesprobabilityofcapturinginfrequentanomalies 參數(shù)測量 能同時顯示8個測量參數(shù)數(shù)據(jù)每刷新一次參數(shù)就重新計算一次每個參數(shù)可分別設(shè)置測量門限用自動測量功能的好處快方便準確可重復(fù)性 參數(shù)算法 參數(shù)算法 參數(shù)統(tǒng)計 Statistics 一次測量屏幕上所有事件的參數(shù)單次掃描可測量統(tǒng)計數(shù)以百萬個事件容易識別出異常的最大值最小值顯示的讀數(shù)值沒有包含測量參數(shù)的分布狀況和周期性 ValueoflastmeasurementMeanMinMaxStandarddeviationNumberofmeasurementstaken 僅僅測量當前捕獲到所有波形中一個波形的參數(shù) 測量一次捕獲到的所有波形的參數(shù) 一次測量所有波形的參數(shù) AIM 范圍內(nèi)參數(shù)測量 Gate 范圍內(nèi)參數(shù)測量 RQM ParameterQualifiers RQM功能在時序測試中的應(yīng)用 自定義參數(shù)測量 Allowsuser definedin linecustommeasurements 自定義的測量參數(shù)可以像傳統(tǒng)的參數(shù)一樣添加到測量參數(shù)列表中 IEEERisetimeDefinition EMCRisetimeCustomDefinition EMCRisetimeCustomDefinition CustomEMCPulseMeasurement EMCRisetimeCustomDefinition 延伸閱讀 AIMRangeQualifyandGatemeasurement 直方圖 每個參數(shù)都有單獨的 直方圖 直方圖表明了參數(shù)值的統(tǒng)計分布狀態(tài)直方圖形狀能提供電路特性的線索 直方圖 什么是直方圖 直方圖范圍被分成子區(qū)域或柱體直方圖統(tǒng)計出參數(shù)值落入每個柱狀中的次數(shù) 根據(jù)次數(shù)相對整個區(qū)間事件次數(shù)的比值進行繪圖 Gaussian Sinusoidal Uniform Linear Bi modal 直方圖表示了信號的調(diào)制特性 參數(shù)直方圖分析 頻率直方圖為正態(tài)分布 揭示信號頻率僅有受噪聲影響的隨機抖動 脈沖寬度的直方圖為非正態(tài)分布 揭示信號寬度變化有固有抖動 參數(shù)直方圖描繪了數(shù)據(jù)或參數(shù)值在一個確定范圍 Bin 內(nèi)出現(xiàn)的概率 參數(shù)直方圖可顯示和分析信號關(guān)鍵特征的穩(wěn)定性和抖動 FFT FFT分析 測量參數(shù)虛部相位功率密度功率頻譜實部窗口功能RectangularVonHannHammingFlatTopBlkman Harris算法LeastPrimePower2 最大可分析25Mpts采集數(shù)據(jù) 最小頻率分辨率與捕獲時間的關(guān)系 長存儲產(chǎn)生更好的FFT結(jié)果 長存儲增加了頻率分辨率和提高信號對噪音的比率一些非常細節(jié)的信息需要在20Mpts的記錄長度下才能分析出來 注意 對長波形的FFT分析需要超強的數(shù)據(jù)處理能力 超過有些示波器的運算極限 Peaksareclearlyresolved Scallopedshapeindicatespulsemodulation Peakscannotbedistinguished Cannottellanythingaboutmodulation CaptureTime 1ms 20Mpts CaptureTime 50us 1Mpts FFT頻率范圍與采樣率的關(guān)系 混疊與泄露 混疊對那些具有無限頻譜分量的連續(xù)時間周期信號如矩形和三角形等脈沖串 必然無法準確地從有限樣點求得原始周期信號的頻譜 而只能通過恰當?shù)靥岣卟蓸勇?增加樣點數(shù) 來減少混疊對頻率分析造成的影響 泄漏由于截取長度不當 原來比較集中的譜線出現(xiàn)了分散基本的擴展譜線的現(xiàn)象 為避免泄露 對周期序列進行頻譜分析應(yīng)該去一個基本周期或基本周期的整倍數(shù)為宜 若待分析的周期信號事先不知道其確切的周期 則可截取比較長時間長度的樣點進行分析 以減少泄露誤差 不同的窗函數(shù)造成的泄露不一樣 窗函數(shù) 窗函數(shù)的選擇原則主瓣寬度要小 并含有總能量中的盡可能多的百分比 以獲得較陡的過渡帶 與主瓣的幅度相比 旁瓣應(yīng)盡可能地小 為了減小泄露造成的誤差 應(yīng)該選擇旁瓣峰值小而衰減快的窗函數(shù) 抖動追蹤 Track 抖動追蹤 在時域觀察信號抖動或調(diào)制 抖動追蹤可測量信號參數(shù)隨時間的變化 如 周期 頻率 寬度 周期 周期 占空比 時間間隔誤差 通道延遲 半周期 保持時間 建立時間等 掃描時間與原始信號相同用縱軸顯示時間參數(shù)的變化既可用于時鐘波形也可用于數(shù)據(jù)波形 抖動追蹤 續(xù) 直方圖揭示了參數(shù)值的統(tǒng)計分布 但不包括時間信息抖動分析結(jié)果畫出參數(shù)值相對于時間的變化軌跡追蹤的波形是逐周期計算的追蹤波形與源波形是時間上相對應(yīng)的 Frequencyismeasuredandplottedforeachcycle 抖動追蹤 續(xù) 長存儲揭示了頻率漂移的周期性特征長存儲在長的時基下防止信號因采樣率不足而失真 PLL時鐘信號頻率抖動 電源紋波電源紋波帶來時鐘信號額外的相位抖動 抖動追蹤應(yīng)用 時鐘相位抖動分析 PowerSupplyVoltage DemodulatedClock TIEJitterTrack ClockSignal DemodulatedClock FrequenceJitterTrack 抖動追蹤應(yīng)用 電機驅(qū)動信號 WaveScan WaveScanTM高級搜索和分析 20多種不同的掃描模式單一觸發(fā)捕獲 掃描 查找普通觸發(fā) 掃描 高級采集后分析特性 實驗 使用WaveScan來捕獲毛刺 矮脈沖 上升時間異常 用WaveScan捕獲欠幅信號 顯示欠幅信號的幅度 自動以信號幅度的10 90 來作為欠幅的高低電平值 WaveScan AdvancedScanandSearch 設(shè)置非常簡單 使用cursor測量波形邊沿的寬度像素或屏幕分辨率 量化誤差 會降低精度只有單個波形 引入了觸發(fā)抖動 Moreactionforchoiceafteracquisition Morethan23parametersForchoiceinWaveRunner Search ScanCondition WaveScan FindingIntermittentsthatyoucannottriggeron Thisexamplefindsrareedgesthatarenonmonotonic Theresultisisolationofsignalfaultswhichcouldnotbefoundusingahardwaretriggerunlessyoualreadyknewthenatureofthefailure WaveScan FindingtheShapeofRareEvents It simpossibletocaptureitusinghardwaretrigger InthisexampleweseeazoomofasinglerareeventfoundbyWaveScan Theuseraskedthescopetostopwhenitfoundararemeasurementofarisetimethatwasgreaterthannormal TriggerScan 128 TriggerScanandWaveScan最快和最有效的調(diào)試工具 捕獲多次發(fā)生的異常事件 一次捕獲滿256Mpts存儲深度 找出時間關(guān)系 Cause Effect IsolateProblem RecognizeProblem 幾分鐘內(nèi)查出異常信號而不是幾個小時 理解TriggerScan的關(guān)鍵點 129 TrggerScan是一種適合于調(diào)試信號的技術(shù)一種典型的調(diào)試情形是 工程師知道電路中有些問題 他會假定問題的可能來源 比如懷疑時鐘信號有毛刺 于是他有一種本能的沖動去尋找證據(jù)來支持他的假定 示波器上能看到想象中的毛刺 如果他找到了證據(jù)來支持他的假定或者隱隱約約能找到問題的蛛絲馬跡 他需要通過觸發(fā)來隔離出該問題 使有問題的信號 停留 在觸發(fā)點 一旦他來觸發(fā)到有問題的信號 他就能追溯到電路中的其它位置來定位出該問題出現(xiàn)的原因 找出因果關(guān)系或進一步地通過其它各種手段來深入洞察該問題的特性 理解TriggerScan的關(guān)鍵點 續(xù) 130 TriggerScan和DPO 或其它快刷新模式 在調(diào)試上的對比調(diào)試問題的證據(jù)收集步驟 最容易 最簡單的獲得證據(jù)的方式是觸發(fā)信號的邊沿觀察有沒有毛刺 這種傳統(tǒng)方式下查看毛刺的能力和示波器的刷新率成正比 和毛刺的出現(xiàn)概率及信號的邊沿速率 頻率 成反比 Tek和Agilent提供了一種快刷新模式 關(guān)于快刷新模式的一些簡單的事實 131 快新模式遠沒有您想象的那么快一些簡單的事實 對于一個200MHz的時鐘信號 如果每5秒鐘出現(xiàn)一次毛刺 用100K s刷新率的示波器觀察 平均需要2 8小時 這個例子表明 快刷新模式僅捕獲了邊沿的0 2 有99 8 都是死區(qū)時間 這個例子中 當您最終在屏幕上看到一個毛刺 它是重疊了十億其它的邊沿的捕獲 兩萬億的邊沿其實都忽略了 對于200MHz的時鐘 如果每5秒出現(xiàn)一次毛刺 這個每十億個邊沿出現(xiàn)一次毛刺的概念是一樣的 很容易混淆罕見事件和頻繁事件 對于100K s的刷新率的示波器 僅對100KHz或更低速信號可以100 的概率能捕獲到毛刺 理想的快刷新模式是要比現(xiàn)在的刷新率還要快1萬倍 DPO開始工作在200MHz的時鐘信號中尋找十億分之一的事件 DPO仍然在尋找 1 1 2小時過去了 DPO最終找到了問題3小時7分鐘后 您能看到欠幅嗎 順序模式下的波形觸發(fā)率PKDPO的刷新率 計時10秒 捕獲大約2190K次 最快刷新率僅有大約219K s 力科的順序模式下的觸發(fā)率PKTek的DPO模式下的刷新率 順序模式下的觸發(fā)率最大大約為278K s 比DPO的刷新率更快這意味著 DPO能看到的毛刺 順序模式也一定能看到 只是順序模式的廣告沒有DPO模式的廣告多 TriggerScan 利用觸發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常事件 只需兩個自動化的關(guān)鍵步驟它先自動地訓(xùn)練捕獲到的正常波形 產(chǎn)生一系列智能觸發(fā)設(shè)置以能觸發(fā)到不正常的情形它從產(chǎn)生的觸發(fā)列表中自動地裝載觸發(fā)設(shè)置 不斷循環(huán)裝載這些設(shè)置 當觸發(fā)到某信號時 它們會不斷疊加顯示在屏幕上 137 TriggerScan在1分鐘內(nèi)清晰找到欠幅 TriggerScan遠比DPO更適合于調(diào)試 10MptacquisitionusingTriggerScan thenzoomedtoshowdetails TriggerScan的結(jié)果是波形數(shù)據(jù)DPO僅僅是圖象顯示TriggerScan在長存儲下同樣可以很好地工作DPO在捕獲長的數(shù)據(jù)時變得毫無用處 不能放大看清細節(jié) 象素重疊的圖象 波形數(shù)據(jù)能被用于任何力科示波器帶有的工具來深入洞察力因果關(guān)系WaveScan串行解碼參數(shù)測量Tracks Histograms 139 TriggerScan和WaveScan配合使用 捕獲超長時間的信號 利用WaveScan查找異常信號的規(guī)律 找出因果關(guān)系 TriggerScan和順序