安捷倫示波器學(xué)習(xí)總結(jié)

1、安捷倫示波器學(xué)習(xí)總結(jié)Eli.liu日期：2014.09.03一、示波器基本原理二、示波器關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)三、安捷倫示波器的使用四、示波器的觸發(fā)系統(tǒng)目錄一、示波器的基本原理1. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）是基于奈奎斯特取樣定理，以數(shù)字編碼的形式來(lái)量化和貯存信號(hào)。它利用 A/D 變換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 RAM 中，然后將這些數(shù)據(jù)送入數(shù)字信號(hào)處理器（如DSP）中進(jìn)行相關(guān)的處理與運(yùn)算，從而獲得所需的各種信號(hào)參數(shù)，這樣就可以可對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的、瞬態(tài)的分析，以便用戶了解信號(hào)質(zhì)量，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障的診斷。 因數(shù)字存儲(chǔ)示波器采用實(shí)時(shí)采樣并存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)，所以它不僅可以

2、觀測(cè)周期性重復(fù)信號(hào)，而且也能夠觀測(cè)非周期的單次的或隨機(jī)的信號(hào)。一、示波器的基本原理2. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理框圖 被測(cè)信號(hào)進(jìn)入數(shù)字示波器后，首先送到模擬信號(hào)調(diào)理通道，經(jīng)模擬通道運(yùn)放后送到 ADC 器件；ADC 轉(zhuǎn)換器將輸入端的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并緩存到高速存儲(chǔ)器中；存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)用來(lái)在示波器屏幕上重建信號(hào)波形；信號(hào)處理器利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)采樣得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理與運(yùn)算，如 FFT、插值和濾波等；最后將波形送到屏幕上去顯示，完成一次采集過(guò)程。一、示波器的基本原理3. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的分類 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的分類方式有多種，按采樣方式可分為實(shí)時(shí)采樣示波器和等效采樣示波器。 如圖所示為實(shí)

3、時(shí)采樣示意圖一、示波器的基本原理3. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的分類 如圖所示為等效采樣中的隨機(jī)采樣示意圖二、示波器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)1. 采樣率 采樣率是指示波器采樣系統(tǒng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的采集速率，常用每秒的取樣點(diǎn)Sa/s(sample/second)來(lái)表示，即每秒采集的點(diǎn)數(shù)，在衡量一個(gè)示波器時(shí)，往往都使用示波器的最高采樣率來(lái)表示示波器的性能。采樣率表征了示波器對(duì)待測(cè)信號(hào)的數(shù)字化能力，采樣率越高，代表示波器采集到的信息越完整，顯示在LCD上的波形也就越接近原始波形。 如實(shí)驗(yàn)室中所用的MSO6054A示波器其采樣率可達(dá)到4GSa/s.二、示波器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)2. 帶寬 帶寬是指整個(gè)示波器系統(tǒng)能夠采集信號(hào)的頻率范圍

4、。通常情況下只考慮帶寬的上限，當(dāng)高于這個(gè)最高帶寬時(shí)，采集的信號(hào)就會(huì)失真，采樣的數(shù)據(jù)就會(huì)不準(zhǔn)確，難以恢復(fù)信號(hào)波形。因此對(duì)示波器帶寬的定義就是對(duì)正弦信號(hào)衰減約為-3dB時(shí)的信號(hào)頻率就是示波器的帶寬。 對(duì)于模擬信號(hào)，待測(cè)信號(hào)的最高頻率分量決定了其是否能被正確采集，而對(duì)于數(shù)字信號(hào)則是由信號(hào)的上升時(shí)間決定的。 如實(shí)驗(yàn)室中所用的MSO6054A示波器其帶寬為500MHz。 二、示波器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)2. 帶寬 示波器必須有足夠的帶寬來(lái)減少測(cè)量的誤差，盡量避免在示波器的-3dB頻率附近測(cè)量信號(hào)，因?yàn)樵?3dB處正弦信號(hào)的衰減已經(jīng)為30%。 如100M的示波器測(cè)量100M的正弦信號(hào)時(shí)的誤差高達(dá)30%，若實(shí)際測(cè)量

5、中為了保證測(cè)量的誤差在3%以內(nèi)，示波器只能測(cè)量其帶寬的30%頻率處，即如果是100M的示波器只能測(cè)量30M的正弦信號(hào)才能保證測(cè)量誤差在3%以內(nèi)。 如果測(cè)量誤差需要控制在1%，就需要示波器帶寬高于信號(hào)五倍的帶寬才行二、示波器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)3. 分辨率 在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，屏幕上的點(diǎn)不是連續(xù)的而是“量化”的，分辨率反映存儲(chǔ)信號(hào)波形細(xì)節(jié)的綜合特性，它又包括了垂直分辨率（電壓分辨率）和水平分辨率（時(shí)間分辨率）。 垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對(duì)應(yīng)。水平分辨率由存儲(chǔ)器的容量來(lái)決定。 如實(shí)驗(yàn)室中所用的MSO6054A示波器其垂直分辨率為8位，水平分辨率為2.5ps。二、示波器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)3. 分辨率

6、 下圖所示為垂直分辨率對(duì)示波器顯示波形的影響二、示波器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)4. 存儲(chǔ)深度 存儲(chǔ)容量通常定義為獲取波形的取樣點(diǎn)的數(shù)目，用直接存放 A/D 變換后數(shù)據(jù)的獲取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)來(lái)表示。 在數(shù)字存儲(chǔ)示波器內(nèi)，記錄時(shí)間、取樣速率以及存儲(chǔ)深度三者之間的關(guān)系，可以用下面的公式來(lái)表示： 由上式得知，若兩臺(tái)示波器以同樣的取樣速率工作，則存儲(chǔ)深度較深的示波器可以記錄更長(zhǎng)時(shí)間的波形信息。 存儲(chǔ)深度還與波形的縮放能力有關(guān)，若示波器的存儲(chǔ)深度不夠，在水平方向上將信號(hào)放大，造成信號(hào)的水平分辨率變差，容易造成信號(hào)的失真。 實(shí)驗(yàn)室中所用的MSO6054A示波器存儲(chǔ)深度為8Mpts三、安捷倫示波器的使用安捷倫示波器三

7、、安捷倫示波器的使用1. 安捷倫示波器前面板三、安捷倫示波器的使用2. 安捷倫示波器顯示區(qū)域參數(shù)三、安捷倫示波器的使用3. 安捷倫示波器探頭補(bǔ)償 使用示波器之前要先校準(zhǔn)探頭，使其特性與示波器的通道匹配。一個(gè)補(bǔ)償有欠缺的探頭可能導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。 補(bǔ)償探頭的過(guò)程可作為一種基本測(cè)試，檢驗(yàn)該示波器工作是否正常。 當(dāng)出現(xiàn)過(guò)度補(bǔ)償和補(bǔ)償不足時(shí)，調(diào)節(jié)右圖所示的示波器探頭的補(bǔ)償電容器三、安捷倫示波器的使用4. 安捷倫示波器探頭分類 示波器的探頭分為50歐姆和1M歐姆兩種。 與50 模式匹配的是50 電纜和一些通常用于高頻測(cè)量的有源探頭。這種阻抗匹配使您能夠進(jìn)行最為精確的測(cè)量，因?yàn)樗鼘⒀匦盘?hào)路徑的反射最小化。 1

8、 M模式適用于存在多個(gè)無(wú)源探頭的情況，可用于通用測(cè)量。高阻抗可降低示波器對(duì)被測(cè)電路的影響。 實(shí)驗(yàn)室使用的即為無(wú)源探頭，阻抗模式為1M。三、安捷倫示波器的使用5. 安捷倫示波器的快速幫助系統(tǒng) 示波器的 Quick Help （快速幫助）系統(tǒng)可提供有關(guān)每個(gè)前面板鍵和軟鍵的幫助。 使用方法： 按下并按住要查看其幫助的鍵。 左圖為按住USB觸發(fā)的軟件查看USB觸發(fā)說(shuō)明波形亮度調(diào)節(jié)三、安捷倫示波器的使用6. 安捷倫示波器波形亮度調(diào)節(jié) 可以像操作模擬示波器那樣通過(guò)改變亮度控制顯示信號(hào)細(xì)節(jié)，能看到波形細(xì)節(jié)的正確電平。數(shù)字通道波形亮度是不可調(diào)節(jié)的。三、安捷倫示波器的使用7. 安捷倫示波器顯示網(wǎng)格亮度調(diào)節(jié) 1.

9、 示波器按下 Display （顯示）鍵。2. 旋轉(zhuǎn)Entry 旋鈕改變顯示網(wǎng)格的亮度。亮度級(jí)顯示在 Grid （網(wǎng)格）軟鍵中，可在 0 至 100% 之間調(diào)節(jié)。三、安捷倫示波器的使用8. 安捷倫示波器-運(yùn)行和單次采集當(dāng)您按下 Run/Stop鍵時(shí)，它呈綠色亮起，示波器處于連續(xù)運(yùn)行模式。當(dāng)您再次按下 該鍵時(shí)，它呈紅色亮起，示波器停止。在較慢掃描速度下，您可能不想等到采集完成。只需再次按下 。采集將立即停止，屏幕上將顯示部分波形。使用 Single 鍵可查看單步事件，而不會(huì)被以后的波形數(shù)據(jù)覆蓋顯示。當(dāng)您需要最大采樣率和最大存儲(chǔ)器深度以平移和縮放和最大存儲(chǔ)器深度以平移和縮放時(shí)，可使用 “單次”。

10、三、安捷倫示波器的使用9. 安捷倫示波器-自動(dòng)定標(biāo)（Autoscale）設(shè)置示波器最簡(jiǎn)單的方法是將它連接到感興趣的信號(hào)，并按下 Autoscale（自動(dòng)定標(biāo)）鍵。三、安捷倫示波器的使用10. 安捷倫示波器-模擬通道的使用三、安捷倫示波器的使用10. 安捷倫示波器-模擬通道-通道耦合 耦合將通道的輸入耦合分為 AC （交流）或DC（直流）。 AC 耦合將一個(gè) 3.5 Hz 高通濾波器與輸入波形串聯(lián)，以便從波形中消除任何 DC 偏移電壓。 DC 耦合可用于查看低至 0 Hz 且沒(méi)有較大 DC 偏移的波形。 AC 耦合可用于查看有較大 DC 偏移的波形。 如果通道是 DC 耦合，只需注意與接地符號(hào)的

11、距離，即可快速測(cè)量信號(hào)的 DC 分量。 如果通道是 AC 耦合，信號(hào)的 DC 分量被移除，您可以使用更大的靈敏度顯示信號(hào)的AC 分量。三、安捷倫示波器的使用10. 安捷倫示波器-模擬通道-帶寬限制 按下BW Limit (帶寬限制)軟鍵可關(guān)閉或打開(kāi)所選通道的帶寬限制。當(dāng)打開(kāi)帶寬限制時(shí)，對(duì)300MHz，500MHz，1GHz型號(hào)，最大帶寬限制為25MHz。 對(duì)于頻率比這低的波形，打開(kāi)帶寬限制可從波形中消除不需要的的高頻噪聲。 帶寬限制也會(huì)限制任何BW Limit (帶寬限制) 已打開(kāi)的通道的觸發(fā)信號(hào)路徑。三、安捷倫示波器的使用11. 安捷倫示波器水平時(shí)基設(shè)置 按下前面板 Horizontal 部

12、分中的Menu/zoom 鍵,將顯示示波器的時(shí)基設(shè)置。三、安捷倫示波器的使用11. 安捷倫示波器水平時(shí)基設(shè)置-延時(shí)模式 主模式即為打開(kāi)示波器所見(jiàn)到的顯示模式，延時(shí)模式如下所示：三、安捷倫示波器的使用11. 安捷倫示波器水平時(shí)基設(shè)置-XY模式 XY 模式將電壓 - 時(shí)間顯示更改為電壓 - 電壓顯示。時(shí)基已關(guān)閉。通道 1 幅度在 X 軸上繪制，通道 2 幅度在 Y 軸上繪制。您可以使用 XY 模式比較兩個(gè)信號(hào)的頻率和相位關(guān)系。XY 模式也可用于傳感器，顯示應(yīng)力 - 位移、流量 - 壓力、電壓 - 電流或電壓 - 頻率。三、安捷倫示波器的使用12. 安捷倫示波器游標(biāo)測(cè)量使用前面板 Cursors （

13、游標(biāo)）鍵。您可以使用游標(biāo)在信號(hào)上測(cè)量定制電壓或時(shí)間。三、安捷倫示波器的使用12. 安捷倫示波器游標(biāo)測(cè)量三、安捷倫示波器的使用13. 安捷倫示波器標(biāo)簽設(shè)置設(shè)置按下前面板上的 Label （標(biāo)簽）鍵。這將打開(kāi)模擬和數(shù)字通道的顯示標(biāo)簽。當(dāng) Label （標(biāo)簽）鍵變亮?xí)r，所顯示通道的標(biāo)簽顯示在已顯示軌跡的左邊沿。下圖顯示標(biāo)簽顯示打開(kāi)時(shí)分配的默認(rèn)標(biāo)簽示例。通道標(biāo)簽?zāi)J(rèn)為它們的通道號(hào)。三、安捷倫示波器的使用14. 安捷倫示波器的快速測(cè)量QuickMeas可通過(guò)按一個(gè)按鈕完成4種自動(dòng)測(cè)量。四種測(cè)量參數(shù)可從如下參數(shù)中選取時(shí)間測(cè)量：計(jì)數(shù)器、占空比、頻率、周期、上升時(shí)間 、下降時(shí)間 、+ 寬度、 - 寬度相位 、

14、延遲 電壓測(cè)量：平均 振幅、基準(zhǔn)、 最大、 最小、 峰 - 峰、 RMS、 前沖、 過(guò)沖 三、安捷倫示波器的使用15. 安捷倫示波器數(shù)學(xué)函數(shù)測(cè)量可使用 Math （數(shù)學(xué)）菜單在模擬通道上顯示數(shù)學(xué)函數(shù)?？梢裕?減去 (-) 或乘以 (*) 在模擬通道 1 和 2 上采集的信號(hào)，然后顯示結(jié)果。對(duì)在任何模擬通道上或數(shù)學(xué)函數(shù) 1 * 2、 1 - 2 或 1 + 2 上采集的信號(hào)求積分、求微分或執(zhí)行 FFT 運(yùn)算，然后顯示結(jié)果。三、安捷倫示波器的使用15. 安捷倫示波器數(shù)學(xué)函數(shù)測(cè)量四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)1. 示波器觸發(fā)的目的 觸發(fā)電路可以保證采集到的波形每次都從一個(gè)精確的點(diǎn)開(kāi)始顯示，保證與被測(cè)波形

15、的同步。觸發(fā)器使重復(fù)波形能夠在示波器屏幕上穩(wěn)定顯示，實(shí)現(xiàn)方法是不斷地顯示被測(cè)信號(hào)的相同部分。如果每一次掃描的起始都從信號(hào)的隨機(jī)位置開(kāi)始，那么屏幕上的圖像會(huì)很混亂。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)2. 示波器觸發(fā)模式 觸發(fā)模式影響示波器搜索觸發(fā)的方式。下圖顯示采集存儲(chǔ)器的概念演示。為便于理解觸發(fā)事件，可將采集存儲(chǔ)器分為預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)緩沖器。采集存儲(chǔ)器中觸發(fā)事件的位置由時(shí)間參考點(diǎn)和延遲設(shè)置來(lái)確定。示波器的采集存儲(chǔ)器為一個(gè)先進(jìn)先出的FIFO存儲(chǔ)器，在預(yù)觸發(fā)緩沖器中新的數(shù)據(jù)會(huì)不停的覆蓋舊的數(shù)據(jù)。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)2. 示波器觸發(fā)模式按下（模式/ 耦合）鍵，可以選擇設(shè)置示波器的觸發(fā)模式、耦合方式、噪聲

16、抑制、高頻抑制等選項(xiàng)。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)2. 示波器觸發(fā)模式 數(shù)字示波器的觸發(fā)模式分為：正常和自動(dòng) 自動(dòng)觸發(fā)模式用于低重復(fù)率信號(hào)和未知信號(hào)電平。要顯示直流信號(hào)，由于沒(méi)有要觸發(fā)的邊沿，必須使用自動(dòng)觸發(fā)模式。 在 “自動(dòng)”觸發(fā)模式中，按下 Run （運(yùn)行）時(shí)示波器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)并捕獲波形。 如果在示波器處于 “正?！庇|發(fā)模式時(shí)按下 Run （運(yùn)行），則完成采集之前必須要檢測(cè)到觸發(fā)。 當(dāng)檢查信號(hào)電平或活動(dòng)并不需要觸發(fā)的顯示。對(duì)于這些應(yīng)用，使用 “自動(dòng)”觸發(fā)模式 （這是默認(rèn)設(shè)置）。如果僅需要采集觸發(fā)設(shè)置指定的特定事件，可使用 “正?！庇|發(fā)模式。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)3. 示波器觸發(fā)耦合 示波器

17、的觸發(fā)耦合分為：DC, AC, 或LF Reject (低頻抑制) 耦合 DC 耦合允許直流和交流信號(hào)進(jìn)入觸發(fā)路徑。 AC 耦合將一個(gè)10Hz 高通濾波器放入觸發(fā)路徑，以從觸發(fā)波形移除任何DC 偏移電壓。當(dāng)波形具有較大的 DC 偏移時(shí)，使用AC 耦合獲得穩(wěn)定的邊沿觸發(fā)。 LF (低頻) Reject (抑制) 耦合將一個(gè) 50 kHz 的高通濾波器與觸發(fā)波形串聯(lián)。低頻抑制從觸發(fā)波形中移除任何不需要的低頻率成分，例如可干擾正確觸發(fā)的如工頻。當(dāng)波形中具有低頻噪聲時(shí)，使用此耦合獲得穩(wěn)定的邊沿觸發(fā)。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)4. 示波器的觸發(fā)釋抑 一些信號(hào)具有多個(gè)可能的觸發(fā)點(diǎn)，如下圖所示的數(shù)字脈沖信號(hào)

18、，這種信號(hào)從較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)來(lái)觀測(cè)，它是重復(fù)的周期信號(hào)，但是在短時(shí)間內(nèi)情況則不然，在正常模式下，觸發(fā)電平設(shè)置在虛線所在位置，觸發(fā)類型設(shè)置為上升沿觸發(fā)，這個(gè)信號(hào)波形在一個(gè)周期內(nèi)的 1、2、3、4 點(diǎn)的位置均滿足觸發(fā)條件。這樣一來(lái)，系統(tǒng)通過(guò)正常觸發(fā)采集到的波形就會(huì)出現(xiàn)混迭的現(xiàn)象，為解決這個(gè)問(wèn)題，采用了觸發(fā)釋抑功能，即在各次掃描之間加入延時(shí)，在延時(shí)的時(shí)間間隔之內(nèi)不允許觸發(fā)，等延時(shí)時(shí)間到后再允許觸發(fā)，使得掃描的每次觸發(fā)總是從相同的信號(hào)沿開(kāi)始。從而得到穩(wěn)定的波形顯示。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)5. 示波器觸發(fā)方式按前面板觸發(fā)區(qū)中的 Edge （邊沿）鍵顯示邊沿觸發(fā)菜單四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)5. 示波

19、器觸發(fā)方式 按 Slope （斜率）軟鍵并選擇上升沿、下降沿、交變沿或任意沿。所選的斜率顯示在顯示屏的右上角。 交變沿模式可用于在時(shí)鐘 （例如 DDR 信號(hào)）的兩個(gè)沿上觸發(fā)。任一沿模式可用于在所選源的任何活動(dòng)上觸發(fā)。除了任一沿模式另有帶寬限制外，其他模式均可在不超過(guò)示波器帶寬的頻率下運(yùn)行。任一沿模式既可由最高 100 MHz 的連續(xù)波信號(hào)觸發(fā)，也可由低至 1/ （2* 示波器帶寬）的孤立脈沖觸發(fā)。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)5. 示波器觸發(fā)方式-觸發(fā)源 可以在任何 Agilent 6000 系列示波器上選擇模擬通道 1 或 2、Ext（外部）或 Line （行）作為觸發(fā)源。在 4 通道示波器上，

20、也可以將觸發(fā)源設(shè)置為通道 3 和 4，或在混合信號(hào)示波器上，將觸發(fā)源設(shè)置為數(shù)字通道 D15 至 D0?？梢赃x擇已經(jīng)關(guān)閉 （未顯示）的通道作為邊沿觸發(fā)的源。 所選擇的觸發(fā)源顯示在顯示屏的右上角、斜率符號(hào)旁：1至 4= 模擬通道D0至 D15= 數(shù)字通道E= 外部觸發(fā)L= 行觸發(fā)。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)5. 示波器觸發(fā)方式-觸發(fā)電平 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)電平旋鈕可以調(diào)整所選模擬通道的觸發(fā)電平。當(dāng)選擇 DC 耦合時(shí)，模擬通道觸發(fā)電平的位置由觸發(fā)電平圖標(biāo) 來(lái)顯示在顯示屏的最左端（如果模擬通道打開(kāi)）。模擬通道觸發(fā)電平的值顯示在顯示屏的右上角。 使用數(shù)字通道菜單中的閾值菜單可設(shè)置所選數(shù)字通道的觸發(fā)電平。按前面板上的 D15 Thru D0（D15 至 D0）鍵，然后按 Thresholds （閾值）軟鍵設(shè)置所選擇數(shù)字通道組 （TTL、 CMOS、 ECL 或用戶定義）的閾值電平。閾值顯示在顯示屏的右上角。四、安捷倫示波器的觸發(fā)系統(tǒng)6. 示波器觸發(fā)方式-脈沖觸發(fā)按前面板觸發(fā)區(qū)中的 Pulse Width （脈沖寬度）鍵顯示脈沖寬度觸發(fā)