【泰克示波器】如何利用示波器輔助進(jìn)行測(cè)試
2018/10/24 9:26:47
A1：帶寬是示波器很重要的指標(biāo)，因?yàn)樵跀?shù)字示波器中有ADC，它的采樣率理論上需要滿足Nyquist采樣定律，即被測(cè)信號(hào)的很高頻率信號(hào)的每個(gè)周期理論上至少需要采2個(gè)點(diǎn)，否則會(huì)造成混疊。但是在實(shí)際上還取決于很多其它的因素，比如波形的重構(gòu)算法等。泰克示波器采用先進(jìn)的波形重構(gòu)算法，被測(cè)信號(hào)的每個(gè)周期只需要2.5個(gè)點(diǎn)就能夠重構(gòu)波形。也有的示波器采用線性插值算法，可能就需要10個(gè)點(diǎn)。一般采樣率是帶寬的4－5倍就可以比較準(zhǔn)確地再現(xiàn)波形。
泰克的TDS3000B系列是“實(shí)時(shí)采樣”示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號(hào)的能力）＝重復(fù)帶寬，您所說(shuō)的另一種示波器的單次帶寬顯然不到100MHz，您可以看一下它的指標(biāo)。
Q2：在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒有太大的意義？因?yàn)閹捯呀?jīng)固定了。除非需要捕捉毛刺。
A2： 帶寬是限制被測(cè)信號(hào)高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個(gè)被測(cè)信號(hào)周期只需2.5個(gè)點(diǎn)就能夠很大限度的重構(gòu)波形。其它一些示波器需要大于4個(gè)樣點(diǎn)/周期，即100MHZ帶寬示波器單次采集至少需要400MS/s的采樣率，有些示波器甚至需要10個(gè)點(diǎn)（線性內(nèi)插技術(shù)）才能保證采集信號(hào)有意義。
Q3：現(xiàn)在有用數(shù)字的放大器嗎?普及率高嗎?
A3：現(xiàn)在常說(shuō)的數(shù)字放大器我們一般稱之Class D放大器，它建立在PWM和delta-sigma調(diào)制技術(shù)之上，它在一些對(duì)效率要求高，但對(duì)THD要求較低的應(yīng)用中得到大量使用，如用低音放大器，手機(jī)設(shè)計(jì)中的Speaker放大器。
Q4：關(guān)于毛刺測(cè)量，以前請(qǐng)教過相關(guān)的技術(shù)人員，得到的答復(fù)是，示波器所能捕捉的很小毛刺就是示波器的采樣速率。是否所有的示波器都遵循這一規(guī)律？此時(shí)示波器的前置濾波器不會(huì)對(duì)它有影響嗎？
A4：不能斷言所有的示波器都是這樣。比如，有些示波器達(dá)到1GS/s，帶寬只有60MHz，顯然，1ns的毛刺不可能捕捉到。其實(shí)捕捉毛刺的能力除了帶寬，采樣率，還取決于波形捕獲率，即每秒能夠捕捉的波形數(shù)量，詳情請(qǐng)參見泰克關(guān)于DPO的應(yīng)用文章。
Q5：示波器接地線后，導(dǎo)致MOSFET炸掉，是何原因？
A5：為保證測(cè)試中的人身安全以及獲得良好的測(cè)量效果，一般示波器的所有探頭的地線都與機(jī)殼連接在一起，并連接到示波器電源線的地線。因此，您在電源中測(cè)量MOSFET管波形的時(shí)候，如果其中任何一個(gè)點(diǎn)都不是地，就會(huì)產(chǎn)生問題。
剪斷地線可以防止對(duì)MOSFET管測(cè)試中的短路問題，但是也會(huì)帶來(lái)一些其它的測(cè)試問題，比如示波器機(jī)殼帶電，示波器機(jī)殼分布參數(shù)對(duì)測(cè)量信號(hào)造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭，比如泰克的P5205，可以測(cè)量所謂的2個(gè)測(cè)試點(diǎn)都不是地的差分信號(hào)。
Q6：我測(cè)量的I/Q信號(hào)是基頻, 我測(cè)量的目的是想對(duì)比區(qū)分好的手機(jī)和壞的手機(jī).但我測(cè)量時(shí)不能看到任何信號(hào).是不是示波器設(shè)置有問題?
A6：IQ信號(hào)：您的測(cè)試點(diǎn)會(huì)不會(huì)是高阻？是否信號(hào)幅度非常��？即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10：1的探頭，相當(dāng)于10mV/格。一般測(cè)量IQ信號(hào)可以使用TDS3000B的XY顯示功能，或者如果你有時(shí)鐘，使用XYZ顯示的功能。還有問題的話，請(qǐng)直接和我聯(lián)系，我會(huì)安排泰克的工程師與您共同探討解決這個(gè)問題。
Q7：我們公司之前用TDS744，TDS745等示波器是使用的是無(wú)源探頭(如P6139A，帶寬500M)。在購(gòu)買了有源探頭(P6237)之后，從測(cè)試波形來(lái)看(特別是測(cè)高頻信號(hào)時(shí))，兩者的測(cè)試結(jié)果差異較大。從探頭參數(shù)得知，有源探頭的輸入電容<1pF，而無(wú)源探頭則為10pF左右。這樣看來(lái)應(yīng)該是有源探頭的測(cè)試結(jié)果更能反映信號(hào)真實(shí)的情況。請(qǐng)問既然無(wú)源探頭對(duì)高頻信號(hào)衰減很大，那其500M的帶寬有什么意義呢？ 我們?cè)跍y(cè)試信號(hào)時(shí)，如何根據(jù)測(cè)試情況來(lái)選擇使用有源或無(wú)源探頭？
A7：您的P6139A探頭加上泰克的500MHz示波器典型帶寬值還是可以達(dá)到500MHz，但是正如您所說(shuō)，其輸入電容不同，這一電容將產(chǎn)生對(duì)于待測(cè)信號(hào)的負(fù)載效應(yīng)，造成信號(hào)振鈴，形狀發(fā)生改變，因此這個(gè)時(shí)候使用有源探頭時(shí)能反映信號(hào)的真實(shí)情況。實(shí)際上，使用探頭不光要考慮帶寬，所有這些因素我們?cè)跍y(cè)量高頻信號(hào)的時(shí)候都要考慮：帶寬/上升時(shí)間、動(dòng)態(tài)范圍、負(fù)載效應(yīng)、接地效應(yīng)、共振效應(yīng)。
尤其P6139A時(shí)您還要考慮地線的影響，探頭上的接地線也會(huì)帶來(lái)振鈴，測(cè)量高頻信號(hào)的時(shí)候應(yīng)該盡量縮短地線的長(zhǎng)度。
另外，您使用的P6247是有源差分探頭，共模的影響也可能是一個(gè)因素。
選擇無(wú)源探頭主要是因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)范圍大，比如P6139A可以測(cè)量從毫伏到幾百伏的信號(hào)，而P6247只能測(cè)量＋－8.5V的信號(hào)。另外有源探頭價(jià)格也是一個(gè)因素。
詳情請(qǐng)參閱泰克《探頭ABC》以及《數(shù)字信號(hào)完整性測(cè)試》
Q8：在示波器上看波形時(shí)，用外觸發(fā)來(lái)看好還是自觸發(fā)好，兩者有何區(qū)別？
A8：示波器的通常觸發(fā)是邊沿觸發(fā)，其觸發(fā)條件有2個(gè)，觸發(fā)電平和觸發(fā)邊沿。即：信號(hào)的上升沿（或者下降沿）達(dá)到某一特定電平（觸發(fā)電平）時(shí)，示波器觸發(fā)。示波器只有在信號(hào)自觸發(fā)有問題的時(shí)候才會(huì)使用外觸發(fā)，沒有哪一個(gè)更好的問題。而這種問題通�？赡苁牵盘�(hào)比較復(fù)雜，有很多滿足觸發(fā)條件的點(diǎn)，無(wú)法每次在同一位置觸發(fā)，從而得到穩(wěn)定的顯示。這時(shí)需要使用外觸發(fā)。
Q9：我發(fā)現(xiàn)一個(gè)比較奇怪的問題，為什么看似很普通的一個(gè)示波器探頭往往會(huì)賣得很貴呢？ 請(qǐng)教專家，決定示波器探頭價(jià)格的主要因素是什么呢？ 一般的示波器探頭的使用壽命有多長(zhǎng)時(shí)間？需不需要定期的標(biāo)定？
A9：示波器的探頭有非常多的種類，不同的性能，比如高壓，差分，有源高速探頭等等，泰克就有差不多近百種不同的探頭，價(jià)格也從幾百人民幣到接近一萬(wàn)美元。價(jià)格的主要決定因素當(dāng)然是帶寬和功能。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測(cè)試需要的保真度。為做到這一點(diǎn)，即使無(wú)源探頭，內(nèi)部也必須有非常多的無(wú)源器件補(bǔ)償電路(RC網(wǎng)絡(luò)）。示波器的探頭壽命不好說(shuō)，看您使用環(huán)境和方法。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于探頭沒有明確的計(jì)量規(guī)定，但是對(duì)于無(wú)源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時(shí)候，必須進(jìn)行探頭補(bǔ)償調(diào)整。所有有源探頭在使用前應(yīng)該有至少20分鐘的預(yù)熱，有的有源探頭和電流探頭需要進(jìn)行零點(diǎn)漂移調(diào)整�？傊軌蛴煤锰筋^才可以用好你的示波器，詳情請(qǐng)參見泰克《探頭ABC》，大家如果需要可以發(fā)Email給泰克索要。
Q10：我們目前在測(cè)量離板信號(hào)線的傳導(dǎo)騷擾時(shí)，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)特定頻點(diǎn)（一個(gè)是659K另一個(gè)是1.977K）上由兩個(gè)很大的噪聲信號(hào)。我們初步分析是由于板上的開關(guān)電源芯片引起的，但是對(duì)于如何使用示波器測(cè)量這樣的噪聲信號(hào)不是很清楚。請(qǐng)專家指點(diǎn)迷津！
A10：示波器可以測(cè)試噪聲信號(hào)有幾個(gè)考慮的因素：1. 被測(cè)信號(hào)的幅度，是否為小信號(hào)，示波器配合探頭可以測(cè)試uA級(jí)的信號(hào)；2. 被測(cè)信號(hào)的頻率；3. 探頭的連接方式不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響測(cè)試結(jié)果。
Q11：如何用TDS3052B測(cè)量載波頻率為幾十K，調(diào)制波頻率為電源頻率的已調(diào)波的很大值?
A11：您的工頻輸入可能為低頻的50Hz/60Hz，同時(shí)載波為幾十K，一個(gè)工頻周期為20ms左右，如果示波器需要觀測(cè)20ms信號(hào)，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格，同時(shí)根據(jù)幾十k的載波信號(hào)，確定示波器的采樣率。很后可以估算出需要的采集內(nèi)存長(zhǎng)度，判斷是否能夠滿足測(cè)試要求。
泰克的TDS3000B系列是“實(shí)時(shí)采樣”示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號(hào)的能力）＝重復(fù)帶寬，您所說(shuō)的另一種示波器的單次帶寬顯然不到100MHz，您可以看一下它的指標(biāo)。
Q2：在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒有太大的意義？因?yàn)閹捯呀?jīng)固定了。除非需要捕捉毛刺。
A2： 帶寬是限制被測(cè)信號(hào)高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個(gè)被測(cè)信號(hào)周期只需2.5個(gè)點(diǎn)就能夠很大限度的重構(gòu)波形。其它一些示波器需要大于4個(gè)樣點(diǎn)/周期，即100MHZ帶寬示波器單次采集至少需要400MS/s的采樣率，有些示波器甚至需要10個(gè)點(diǎn)（線性內(nèi)插技術(shù)）才能保證采集信號(hào)有意義。
Q3：現(xiàn)在有用數(shù)字的放大器嗎?普及率高嗎?
A3：現(xiàn)在常說(shuō)的數(shù)字放大器我們一般稱之Class D放大器，它建立在PWM和delta-sigma調(diào)制技術(shù)之上，它在一些對(duì)效率要求高，但對(duì)THD要求較低的應(yīng)用中得到大量使用，如用低音放大器，手機(jī)設(shè)計(jì)中的Speaker放大器。
Q4：關(guān)于毛刺測(cè)量，以前請(qǐng)教過相關(guān)的技術(shù)人員，得到的答復(fù)是，示波器所能捕捉的很小毛刺就是示波器的采樣速率。是否所有的示波器都遵循這一規(guī)律？此時(shí)示波器的前置濾波器不會(huì)對(duì)它有影響嗎？
A4：不能斷言所有的示波器都是這樣。比如，有些示波器達(dá)到1GS/s，帶寬只有60MHz，顯然，1ns的毛刺不可能捕捉到。其實(shí)捕捉毛刺的能力除了帶寬，采樣率，還取決于波形捕獲率，即每秒能夠捕捉的波形數(shù)量，詳情請(qǐng)參見泰克關(guān)于DPO的應(yīng)用文章。
Q5：示波器接地線后，導(dǎo)致MOSFET炸掉，是何原因？
A5：為保證測(cè)試中的人身安全以及獲得良好的測(cè)量效果，一般示波器的所有探頭的地線都與機(jī)殼連接在一起，并連接到示波器電源線的地線。因此，您在電源中測(cè)量MOSFET管波形的時(shí)候，如果其中任何一個(gè)點(diǎn)都不是地，就會(huì)產(chǎn)生問題。
剪斷地線可以防止對(duì)MOSFET管測(cè)試中的短路問題，但是也會(huì)帶來(lái)一些其它的測(cè)試問題，比如示波器機(jī)殼帶電，示波器機(jī)殼分布參數(shù)對(duì)測(cè)量信號(hào)造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭，比如泰克的P5205，可以測(cè)量所謂的2個(gè)測(cè)試點(diǎn)都不是地的差分信號(hào)。
Q6：我測(cè)量的I/Q信號(hào)是基頻, 我測(cè)量的目的是想對(duì)比區(qū)分好的手機(jī)和壞的手機(jī).但我測(cè)量時(shí)不能看到任何信號(hào).是不是示波器設(shè)置有問題?
A6：IQ信號(hào)：您的測(cè)試點(diǎn)會(huì)不會(huì)是高阻？是否信號(hào)幅度非常��？即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10：1的探頭，相當(dāng)于10mV/格。一般測(cè)量IQ信號(hào)可以使用TDS3000B的XY顯示功能，或者如果你有時(shí)鐘，使用XYZ顯示的功能。還有問題的話，請(qǐng)直接和我聯(lián)系，我會(huì)安排泰克的工程師與您共同探討解決這個(gè)問題。
Q7：我們公司之前用TDS744，TDS745等示波器是使用的是無(wú)源探頭(如P6139A，帶寬500M)。在購(gòu)買了有源探頭(P6237)之后，從測(cè)試波形來(lái)看(特別是測(cè)高頻信號(hào)時(shí))，兩者的測(cè)試結(jié)果差異較大。從探頭參數(shù)得知，有源探頭的輸入電容<1pF，而無(wú)源探頭則為10pF左右。這樣看來(lái)應(yīng)該是有源探頭的測(cè)試結(jié)果更能反映信號(hào)真實(shí)的情況。請(qǐng)問既然無(wú)源探頭對(duì)高頻信號(hào)衰減很大，那其500M的帶寬有什么意義呢？ 我們?cè)跍y(cè)試信號(hào)時(shí)，如何根據(jù)測(cè)試情況來(lái)選擇使用有源或無(wú)源探頭？
A7：您的P6139A探頭加上泰克的500MHz示波器典型帶寬值還是可以達(dá)到500MHz，但是正如您所說(shuō)，其輸入電容不同，這一電容將產(chǎn)生對(duì)于待測(cè)信號(hào)的負(fù)載效應(yīng)，造成信號(hào)振鈴，形狀發(fā)生改變，因此這個(gè)時(shí)候使用有源探頭時(shí)能反映信號(hào)的真實(shí)情況。實(shí)際上，使用探頭不光要考慮帶寬，所有這些因素我們?cè)跍y(cè)量高頻信號(hào)的時(shí)候都要考慮：帶寬/上升時(shí)間、動(dòng)態(tài)范圍、負(fù)載效應(yīng)、接地效應(yīng)、共振效應(yīng)。
尤其P6139A時(shí)您還要考慮地線的影響，探頭上的接地線也會(huì)帶來(lái)振鈴，測(cè)量高頻信號(hào)的時(shí)候應(yīng)該盡量縮短地線的長(zhǎng)度。
另外，您使用的P6247是有源差分探頭，共模的影響也可能是一個(gè)因素。
選擇無(wú)源探頭主要是因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)范圍大，比如P6139A可以測(cè)量從毫伏到幾百伏的信號(hào)，而P6247只能測(cè)量＋－8.5V的信號(hào)。另外有源探頭價(jià)格也是一個(gè)因素。
詳情請(qǐng)參閱泰克《探頭ABC》以及《數(shù)字信號(hào)完整性測(cè)試》
Q8：在示波器上看波形時(shí)，用外觸發(fā)來(lái)看好還是自觸發(fā)好，兩者有何區(qū)別？
A8：示波器的通常觸發(fā)是邊沿觸發(fā)，其觸發(fā)條件有2個(gè)，觸發(fā)電平和觸發(fā)邊沿。即：信號(hào)的上升沿（或者下降沿）達(dá)到某一特定電平（觸發(fā)電平）時(shí)，示波器觸發(fā)。示波器只有在信號(hào)自觸發(fā)有問題的時(shí)候才會(huì)使用外觸發(fā)，沒有哪一個(gè)更好的問題。而這種問題通�？赡苁牵盘�(hào)比較復(fù)雜，有很多滿足觸發(fā)條件的點(diǎn)，無(wú)法每次在同一位置觸發(fā)，從而得到穩(wěn)定的顯示。這時(shí)需要使用外觸發(fā)。
Q9：我發(fā)現(xiàn)一個(gè)比較奇怪的問題，為什么看似很普通的一個(gè)示波器探頭往往會(huì)賣得很貴呢？ 請(qǐng)教專家，決定示波器探頭價(jià)格的主要因素是什么呢？ 一般的示波器探頭的使用壽命有多長(zhǎng)時(shí)間？需不需要定期的標(biāo)定？
A9：示波器的探頭有非常多的種類，不同的性能，比如高壓，差分，有源高速探頭等等，泰克就有差不多近百種不同的探頭，價(jià)格也從幾百人民幣到接近一萬(wàn)美元。價(jià)格的主要決定因素當(dāng)然是帶寬和功能。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測(cè)試需要的保真度。為做到這一點(diǎn)，即使無(wú)源探頭，內(nèi)部也必須有非常多的無(wú)源器件補(bǔ)償電路(RC網(wǎng)絡(luò)）。示波器的探頭壽命不好說(shuō)，看您使用環(huán)境和方法。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于探頭沒有明確的計(jì)量規(guī)定，但是對(duì)于無(wú)源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時(shí)候，必須進(jìn)行探頭補(bǔ)償調(diào)整。所有有源探頭在使用前應(yīng)該有至少20分鐘的預(yù)熱，有的有源探頭和電流探頭需要進(jìn)行零點(diǎn)漂移調(diào)整�？傊軌蛴煤锰筋^才可以用好你的示波器，詳情請(qǐng)參見泰克《探頭ABC》，大家如果需要可以發(fā)Email給泰克索要。
Q10：我們目前在測(cè)量離板信號(hào)線的傳導(dǎo)騷擾時(shí)，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)特定頻點(diǎn)（一個(gè)是659K另一個(gè)是1.977K）上由兩個(gè)很大的噪聲信號(hào)。我們初步分析是由于板上的開關(guān)電源芯片引起的，但是對(duì)于如何使用示波器測(cè)量這樣的噪聲信號(hào)不是很清楚。請(qǐng)專家指點(diǎn)迷津！
A10：示波器可以測(cè)試噪聲信號(hào)有幾個(gè)考慮的因素：1. 被測(cè)信號(hào)的幅度，是否為小信號(hào)，示波器配合探頭可以測(cè)試uA級(jí)的信號(hào)；2. 被測(cè)信號(hào)的頻率；3. 探頭的連接方式不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響測(cè)試結(jié)果。
Q11：如何用TDS3052B測(cè)量載波頻率為幾十K，調(diào)制波頻率為電源頻率的已調(diào)波的很大值?
A11：您的工頻輸入可能為低頻的50Hz/60Hz，同時(shí)載波為幾十K，一個(gè)工頻周期為20ms左右，如果示波器需要觀測(cè)20ms信號(hào)，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格，同時(shí)根據(jù)幾十k的載波信號(hào)，確定示波器的采樣率。很后可以估算出需要的采集內(nèi)存長(zhǎng)度，判斷是否能夠滿足測(cè)試要求。
