示波器和探棒基礎(chǔ)知識(shí)課件

示波器及探頭選擇EATeam2009.10.14傅立葉變換,能力集中在奇次諧波分量上概念:數(shù)字信號(hào)由基波和各次諧波組成上圖表明常見(jiàn)的數(shù)字信號(hào)我們看到的該信號(hào)的頻率只是其基頻部分,當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT變換后,我們還能看見(jiàn)其存在3,5,7…等高次諧波分量,因此我們不能通過(guò)基頻來(lái)判斷我們需要選擇的系統(tǒng).(對(duì)于3~5倍關(guān)系)由于從信號(hào)能量的角度我們看到,信號(hào)的1,3,5次諧波分量涵蓋了信號(hào)能量的絕大部分,因此我們量測(cè)系統(tǒng)必須能量測(cè)到至少信號(hào)的5次諧波分量.因此估計(jì)信號(hào)的實(shí)際頻率就可以簡(jiǎn)單為BW=0.35/tr(基頻信號(hào)的上升時(shí)間)示波器帶寬最少要看到信號(hào)的5次諧波分量測(cè)試系統(tǒng)帶寬和信號(hào)帶寬的不同帶來(lái)的測(cè)試誤差示波器帶寬v.s.正弦波振幅5倍于待測(cè)信號(hào)有2%誤差所以在選擇示波器和探棒組成測(cè)試系統(tǒng)時(shí),遵循測(cè)試系統(tǒng)上升時(shí)間比被測(cè)試信號(hào)快3-5倍,10倍是最佳選擇;采樣率的理論頻率為f的正弦波g(t),若以2f的采樣率,則其傅立葉轉(zhuǎn)換式為?其中g(shù)(n/2f)為采樣值?sinc(2ft-n)稱為內(nèi)插函數(shù)(InterpolationFunction)?此式稱為內(nèi)插公式(InterpolationFormula)?利用sinc內(nèi)插函數(shù),以2f的采樣率,就可將頻率為f的正弦波g(t)還原,此2f(采樣率為信號(hào)帶寬的兩倍)稱為Nyquist（奈奎斯特）采樣率。采樣率的理論實(shí)際線路須大于2f采樣率(比如2.5f),方能還原頻率為f的正弦波采樣率的理論混淆信號(hào)(Aliasing)頻率為f的正弦波,小于2f采樣率采樣率的理論選擇量測(cè)系統(tǒng)估計(jì)待測(cè)信號(hào)的電壓,頻率,上升時(shí)間選擇動(dòng)態(tài)范圍滿足電壓幅度的探頭估算信號(hào)的實(shí)際帶寬=0.35/tr選擇帶寬為信號(hào)帶寬3~5倍的探棒和示波器確定需要量測(cè)參數(shù)的特殊要求(示波器的帶寬是否可選,示波器是否有累計(jì)功能等)將選擇到的示波器和探棒根據(jù)量測(cè)的參數(shù)(量測(cè)DC相關(guān)參數(shù)的時(shí)候選擇垂直精度高的示波器和輸入電阻較大的探棒,量測(cè)AC相關(guān)參數(shù)的時(shí)候盡量選取上升時(shí)間快.采樣率高的示波器和上升時(shí)間快.輸入電容小的探棒)示波器的上升時(shí)間和帶寬ASUS常用示波器以及探頭的上升時(shí)間單端探棒針對(duì)信號(hào)選擇你的量測(cè)系統(tǒng)具體到測(cè)試項(xiàng)目CLOCK測(cè)試:示波器選用TDS7404B(4G)6154C(15G)探頭選P7330P6248(差分)P7240P6245(單端)以1600CPUCLK的RiseSlewRateSpec0.6<RiseSlewrate<4(150mVWindow)換算26.7ps<Tr<180ps,1/3*180=60ps,實(shí)際TDS7404Tr=72ps(20%-80%),基本滿足測(cè)試需求.如更快的上升時(shí)間則相對(duì)需要更高帶寬的示波器以及探頭;IDE測(cè)試:示波器選擇7104或者7404(>1G)探棒選擇P6245或者TAP1500(1.5G)我們實(shí)際測(cè)試IDE信號(hào)速率為33.3MHz,其5次諧波為33.3*5=166MHz,我們使用1G帶寬示波器完全滿足要求.PCI測(cè)試:示波器選擇7104,探棒選擇P6245TAP1500由PCIRiseSlewRateSpec換算325ps<Tr<1.3ns,1/3*1.3=433ps,DPO7054Tr=415ps(10%-90%),即500M帶寬以上示波器滿足要求,考慮到高頻噪聲以及現(xiàn)實(shí)情況,我們選用7104示波器.SMBUS測(cè)試:示波器選擇7104或者7404(>1G)探棒選擇P6245或者TAP1500(1.5G)Smbus為10K-100K信號(hào),選用1G帶寬示波器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出他的要求,我們這樣選擇是鑒于實(shí)際情況,以及考慮7104的DynamicRange的范圍(9Vrms)(I2CandSmbus一般VH在3.3V)CPUPowerOK及PowerSequence:示波器選擇7104或者7404(>1G)探棒選擇P6245或者TAP1500(1.5G)PowerSequece只是測(cè)試信號(hào)高低電平有效(5Vmax),我們只需要示波器以及Probe的DynamicRange滿足要求,以71041MOhm最小值9Vrms為計(jì),P6245TAP1500的DynamicRange為+-8V,整體范圍大大滿足測(cè)試需要.VGA測(cè)試:示波器選擇7104(4G),探棒選擇P6245TAP1500,

VGA,1024x76885Hz的Pixelclock為94.5MHz94.5*5=472.5MHz,RGB的Tr<=2.65ns,1/3*2.65=883ps,DPO7054Tr=425ps,500M帶寬以上示波器即可滿足要求,限于我們的條件選擇7104示波器為當(dāng)前最佳選擇.LVDS測(cè)試:示波器選擇TDS7404forLVDSsignaltestTDS7104forpowersequencetest,探棒選擇P6248*2andP6245*2orTAP1500*2,LVDS理論Support最高655Mbps的速率,(655/2)*5=1.637G,2G帶寬以上示波器即可滿足要求,HDMI測(cè)試:示波器選擇6154C,探棒選擇P7313SMAHDMI最高速率可達(dá)3.4Gbps,最大帶寬1.7GHz其五次諧波為1.7*5=7.5GHz故選擇8G帶寬以上示波器.以測(cè)試項(xiàng)目Risetime1/3(誤差5%)估算所需示波器的Risetime.HDMISpecRt>=75ps(實(shí)際150ps左右),以最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算為:25ps(50ps),實(shí)際8G示波器Risetime為33ps,TDS6154CRisetime為19ps,以實(shí)際情況看8G帶寬以上示波器及TDS6154C滿足HDMI測(cè)試需要.Tr(20%-80%);DisplayPort測(cè)試:示波器選擇6154C(>8G),探棒選擇P7313SMA.

DPHBR為2.7Gbps,其五次諧波為1.35*5=6.75GHz,考慮到探頭和示波器的系統(tǒng)帶寬損耗實(shí)際使用帶寬為8G以上示波器及探頭;DVI測(cè)試:示波器選擇TDS7404B,探棒選擇P7330,P7240;DVIRisetimeSpec75ps=<Tr<=0.4Tbit,DVISupportCLK165MHz(Max),Tbit=1/10*1/165M=600ps,0.4Tbit=240ps,1/3*240=80ps,TDS7404B實(shí)際Risetime=72ps(20%-80%),即該示波器滿足DVI測(cè)試需要;SATA測(cè)試:示波器選擇TDS6604B,探棒選擇SMAcable;SataI速率為1.5Gbps,0.75*5=3.75G,SataII速率為3.0Gbps,1.5G*5=7.5GHz,目前使用TDS6604為SataI測(cè)試的延續(xù),最好改用8G帶寬以上示波器進(jìn)行測(cè)試.LAN測(cè)試:示波器選擇7404B(4G),探棒選擇P6248;因?yàn)橐蕴W(wǎng)信號(hào)的上升時(shí)間大約為3ns,所以其頻譜都在117MHz以下（帶寬=0.35/3ns=117MHz），所以一臺(tái)1GHz帶寬以上的示波器，是10倍于被測(cè)信號(hào)的帶寬，將使測(cè)量幅度的誤差降低到0.5％，滿足測(cè)試A與B點(diǎn)峰值電壓差異時(shí)1%的要求USB1.0/1.1測(cè)試:示波器選擇TDS7404B,探棒選擇P6245;

USB1.1:4ns<Tr<20ns,以最嚴(yán)格的4ns進(jìn)行計(jì)算1/3*4=1.33ns,目前我們1G帶寬的示波器DPO7104的Rt=300ps都可大大滿足需求,為了方便測(cè)試而采用TDS7404,但是為了避免引入高頻噪聲的影響,Probe端我們選用1.5G