示波器基礎(chǔ)知識(shí)100問(wèn)（上）

　　17． 使用一臺(tái)標(biāo)稱100MHz 的DSO 示波器，測(cè)量一個(gè)高頻開(kāi)關(guān)幅值400V，f=50M，示波器如何描繪出它的波形和上升時(shí)間？

　　答：① 示波器的帶寬是以正弦波幅度衰減－3dB 點(diǎn)為帶寬定義的。

　?、?數(shù)字示波器中對(duì)于波形和上升時(shí)間的描繪都是通過(guò)實(shí)時(shí)采樣電路和高速 A/D 變換器 獲得波形數(shù)據(jù)，再通過(guò)插值運(yùn)算得到的。

　　③ 在泰克的示波器中，有實(shí)時(shí)的處理電路完成所謂的正弦內(nèi)插功能，在信號(hào)采集電路 部分完成。當(dāng)然，很多示波器也是通過(guò)示波器的主處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算完成的，這個(gè)時(shí)候會(huì) 花比較多的時(shí)間。

　?、?對(duì)于您測(cè)量的信號(hào)，恐怕使用 100MHz 的示波器是無(wú)法進(jìn)行。50MHz 的方波，理論 上應(yīng)該使用 450MHz 以上的示波器才能將信號(hào)中最重要的 9 次以下諧波準(zhǔn)確重新，從而保 證波形不失真。更何況，您恐怕還要考慮信號(hào)上升時(shí)間的問(wèn)題，理論上，示波器的上升時(shí)間 應(yīng)該比信號(hào)快 5 倍以上。

　?、?探頭也一樣，由于普通探頭在測(cè)量高壓的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生高頻失真的效應(yīng)，您應(yīng)該采用 特別的差分探頭或者高壓探頭比如，泰克的 P5205，P5100 進(jìn)行測(cè)量。

　　18． 如何在模擬電路用好數(shù)字示波器，比如測(cè)音頻放大器的小信號(hào)，電源的雜波等？

　　答：要注意的問(wèn)題有：

　?、?示波器的接地問(wèn)題，示波器的機(jī)殼和探頭的參考地線都是連接地線的，因此良好的 接地是測(cè)量干擾的首要條件。

　?、?示波器參考地線引入的干擾問(wèn)題，由于普通探頭通常都有一段接地線，會(huì)與待測(cè)點(diǎn) 構(gòu)成一個(gè)類似環(huán)形天線的干擾路徑，引入 比較大的干擾，因此要盡量減少這一干擾，可以采用的方法是將探頭帽拿掉，不使用探頭上 引出的地線，而直接使用探頭尖端和 探頭內(nèi)的地點(diǎn)接觸待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

　?、?使用差分測(cè)量的方法，消除共模噪聲。泰克提供一系列的差分探頭，比如專門(mén)針對(duì) 小信號(hào)的 ADA400A 可以測(cè)量到幾百微伏，用于高速 信號(hào)測(cè)量的 P7350 提供高達(dá) 5GHz 的帶寬。

　?、?在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集（Hi-Res）的信號(hào)捕獲模式，可以過(guò)濾信 號(hào)上疊加的隨機(jī)噪聲。

　　19． 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)。初步分析是由于板上的開(kāi)關(guān)電源芯片引起的，如何使用示波器測(cè)量這樣的噪聲信號(hào)？

　　答：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。

　　20． 在用泰克的示波器時(shí)，如何理解Holdoff 這個(gè)參數(shù)？

　　答：Holdoff（觸發(fā)釋抑）的含義是暫時(shí)將示波器的觸發(fā)電路封閉一段時(shí)間（即釋抑時(shí)間）， 在這段時(shí)間內(nèi)，即使有滿足觸發(fā)條件的信號(hào)波形點(diǎn)示波器也不會(huì)觸發(fā)。在數(shù)字示波器中也會(huì) 用百分比來(lái)表示，意義是整個(gè)記錄長(zhǎng)度或者整個(gè)屏幕的百分比。

　　示波器的觸發(fā)部分的作用就是穩(wěn)定的顯示波形，觸發(fā)釋抑也是為了穩(wěn)定顯示波形而設(shè)置的功 能。主要針對(duì)大周期重復(fù)而在大周期內(nèi)有很多滿足觸發(fā)條件的不重復(fù)的波形點(diǎn)而專門(mén)設(shè)置 的。比如圖中所示，圖中紅色的點(diǎn)都可以滿足觸發(fā)條件，如果不用釋抑功能，觸發(fā)點(diǎn)將不固 定，造成顯示不穩(wěn)定，使用觸發(fā)釋抑后，每次都在同一個(gè)點(diǎn)觸發(fā)，因此可以穩(wěn)定顯示。 此外，對(duì)于調(diào)幅信號(hào)等也一樣要使用觸發(fā)釋抑。

　　21． 關(guān)于holdoff，所謂觸發(fā)與非觸發(fā)，示波器對(duì)采集信號(hào)的處理有什么區(qū)別？

　　答：對(duì)于數(shù)字示波器，不論是否觸發(fā)，示波器實(shí)際上都是在不斷地采集波形，但是如果只有 穩(wěn)定的觸發(fā)才能有穩(wěn)定的顯示。也會(huì)出現(xiàn)這種狀況，示波器觸發(fā)電路的模式出于“自動(dòng)”模 式，即不論是否滿足觸發(fā)條件都進(jìn)行波形顯示。如果使用“通常”Normal 模式，不滿足觸 發(fā)條件就不會(huì)顯示波形。

　　22． 關(guān)于holdoff，如果在水平時(shí)間分辨率不變的前提下，是否百分比設(shè)置越大（對(duì)應(yīng) 信號(hào)顯示逐漸穩(wěn)定）那么就意味著信號(hào)的周期越長(zhǎng)？

　　答：是的，百分比越大，釋抑時(shí)間越長(zhǎng)。

　　23． 如何使用示波器測(cè)量差分信號(hào)？

　　答：最好的方法是選用差分探頭，這時(shí)測(cè)到的信號(hào)最為真實(shí)客觀；若沒(méi)有差分探頭，可使用 兩個(gè)差分探頭接到示波器的兩個(gè)通道上（如 Ch1， Ch2），然后用數(shù)學(xué)運(yùn)算，得到 ch1-ch2 的波 形并進(jìn)行分析，這時(shí)盡量保持兩根探頭完全一樣，示波器兩個(gè)通道的 Vertical scale （ 每格多 少伏）設(shè)置一樣，否則，誤差會(huì)較大。

　　24． 怎樣用示波器測(cè)量出 USB 總線上的差分信號(hào)？

　　答：USB 信號(hào)的測(cè)試分為 2 種情況： 第一種是需要進(jìn)行符合 USB 組織定義 USB1.1/2.0 總線的物理層測(cè)試規(guī)范，只有通過(guò) USB 一致性測(cè)試后方可打上 USB 標(biāo)識(shí)。USB 物理層一致性測(cè)試分為很多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，主要是考察 USB 信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量如何，像 Signal Quality Test、 Droop & Drop Test、 Inrush Current Test、 HS Specific Tests、 Chirp Test 、Monotonic Test、 Receiver sensitivity Test、 Impedance Test （TDR） 等等。

　　第二種情況是僅觀測(cè) USB 總線上的信號(hào)，可以選擇合適的差分探頭連接到 D+， D-，直接進(jìn) 行 USB 信號(hào)的觀測(cè)。USB2.0 信號(hào)速度比較快，上升時(shí)間為幾百皮秒，為了保證信號(hào)的包真度測(cè)試，需要選擇大于 2GHz 的示波器和差分探頭進(jìn)行測(cè)試。

　　25． PCB 板上的高速信號(hào)特征：XAUI 接口3.125GBd 串行差分信號(hào)：60ps，請(qǐng)問(wèn)需要 多高帶寬的示波器才能精確測(cè)量？測(cè)量誤差可達(dá)多少？

　　答：對(duì) XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信號(hào)，聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)象 InfiniBand 信號(hào)，用正弦內(nèi)插的 方式，或類似等效采樣的方式來(lái)采集，但由于本身帶寬和觸發(fā)抖動(dòng)等因素，在其測(cè)量 100ps ~ 130ps 范圍內(nèi)的上升時(shí)間時(shí)，采用 7GHz 差分探頭可保證誤差《3%，對(duì)于《 80ps 的上升時(shí) 間測(cè)量，其誤差會(huì)大于 10%， 雖然這已經(jīng)是實(shí)時(shí)示波器中最好的方案，單就上升時(shí)間測(cè)量而 言，最精確的方案是安捷倫的網(wǎng)絡(luò)分析儀（需配上物理層分析軟件），因?yàn)槠鋷捒筛哌_(dá) 50GH z。

　　26． 對(duì)時(shí)鐘的相位噪聲參數(shù)的要求很高的設(shè)計(jì)，需要考慮哪些關(guān)鍵性的問(wèn)題來(lái)降低相位噪聲？

　　答：在 ADC，DAC 的器件中衡量性能有很多項(xiàng)指標(biāo)：象位數(shù)、轉(zhuǎn)換速度、DC 精度、開(kāi)關(guān)性 能、動(dòng)態(tài)性能（SNR， SINAD，IMD）等等。