1、示波器引言自然界运行着各种形式的波形，比如海浪、地震、声波、爆破、空气中传播的声音，或者身体运转的自然节律。物理世界里，能量、振动粒子和不可见的力无处不在。即使是光（波粒二象物质）也有自己的基频，并因为基频的不同呈现出不同的颜色。 通过传感器，这些力等非电的物理量可以转变为电信号，通过示波器就能够进行观察和研究。 示波器是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物！什么是示波器示波器（ Oscilloscope）是显示信号波形随时间变化特性的仪器。示波器能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象（波形），便于人们研究各种电现象的变化过程。电子工程师的眼睛！=示波器功能概述捕获、观察、测量、分析 波
2、形 的 工具 ！波的类型和参数 大多数波都属于如下类型： 正弦波 方波和矩形波 三角波和锯齿波 阶跃波和脉冲波 噪声波 复杂波 还有很多波是上述波形的组合波的类型和参数正弦波是基本波形，它具有和谐的数学特性，与正弦函数曲线的形状一样。时域中任何非正弦信号都是有基波和不同频率的各次谐波组成的。例如：方波是由基波以及 3， 5， 7， 9次谐波分量叠加而成。1次（基波） 3次 5次 7次 方波 (2500次 )波的类型和参数时间参数l 频率l 周期l 上升时间l 下降时间l 正脉宽l 负脉宽l 正占空比l 负占空比l 波的类型和参数电压参数l 最大值l 最小值l 峰峰值l 顶端值l 底端值l 幅度
3、值l 平均值l 均方根值l 过冲l 预冲l 捕获 / 采集 / 波形捕获率示波器结构框图9ADC 采 样处 理 内存 后 处 理 显 示垂直系垂直系 统统触触 发发 系系 统统采采 样样 采集采集 处处 理理信号信号 调调 理理 后后 处处 理理 显 示触触 发发通道 输 入 Amp- 3dB例如：平均 , MATH,滤波 , 自动测量 , FFT,直方图 , MASK测试存储深度采 样时钟 采 样 率Sin(x)/x 内插算法 带宽Bandwidth带宽BandWidth采样率Sample Rate存储深度Memory Depth选择示波器的三大基本原则 选择 合适 的带宽 时刻 警惕采样率
4、 捕获待测信号的 全貌带宽采样率存储深度数字示波器 原理及主要指标带宽什么是 “ 带宽 ” ？带宽（英语： Bandwidth）指所占据或能够提供的频带宽度信道 /系统： 带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度，一般以 Hz为单位描述；模拟信号： 带宽又称为频宽，指信号所包含的频率分量， 一般以 Hz为单位描述。例如模拟语音电话的信号带宽为 3400Hz，一个 PAL-D电视频道的带宽为 8MHz；数字信号： 带宽是指单位时间内链路能够通过的数据量。由于数字信号的传输是通过模拟信号的调制完成的，为了与模拟带宽进行区分，数字信道的带宽一般直接用 波特率 或 符号率 来描述数字示波器 原理
5、及主要指标带宽 定义：输入正弦信号衰减到其实际幅度的 70.7% （ 3dB）时的频率值，是表征示波器所能测量的频率范围，单位 Hz。数字示波器带宽一般都是指其前端放大器的模拟带宽。放大器相当于一个低通滤波器。数字示波器原理及主要指标带宽示波器 带宽数字示波器 原理及主要指标带宽仪器的带宽会对信号产生什么样的影响？高频信号幅度下降信号高频成分消失（也有好处，抑制噪声）数字示波器 原理及主要指标带宽 下列图示为一个 10MHz的方波在 200MHz带宽和 10MHz带宽示波器上的显示效果图。200M带宽示波器10M带宽示波器如何选择示波器的带宽？数字示波器 原理及主要指标带宽以谐波情况为核心选择
6、带宽以上升时间为核心选择带宽选择合适的带宽 : 带宽并不是越高越好数字示波器 原理及主要指标带宽 以谐波情况为核心选择带宽：应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波分量。波 形 重要 谐波 数（基波 10）正弦波 无 谐波分量方 波 1:9三 角波 1:3脉冲波（占空比 50） 1:9脉冲波（占空比 25） 1:14脉冲波（占空比 10） 1:26注：列出的影响波形的谐波数是基波的 倍数。数字示波器 原理及主要指标带宽 以上升时间为核心选择带宽：应该让示波器的上升时间快于信号上升时间。1:1 41%2:1 22% 3:1 12%4:1 5%5:1 2%7:1 1%10:1 0.5%信号上升时间仪表
7、上升时间之 比 上升时间测量精度数字示波器 原理及主要指标带宽 上升时间 阶跃信号从幅度 10%上升到 90%所用的时间 示波器的上升时间 示波器前置放大器的阶跃响应时间 反映的是示波器前置放大器的瞬态响应能力数字示波器 原理及主要指标带宽 以上升时间为核心选择带宽：应该让示波器系统的上升时间快于信号上升时间。9010 t若示波器前置放大器模型是 一阶低通滤波器 模型，示波器带宽与上升时间的经验公式：BW（ MHz） 350 / t（ ns）例如：100M带宽示波器标称上升时间为 3.5ns数字示波器 原理及主要指标带宽 选择多快上升时间的示波器合适呢？ 例如：一个 100MHz上升时间为 3
8、.5ns的 方波 信号，使用 100MHz的示波器系统进行测量，上升时间 测量 误差为： 100MHz示波器上升时间 350/100MHz 3.5ns 仪器显示的信号上升时间 3.5ns2 3.5ns2 4.95ns 测量误差（ 4.95ns 3.5ns） / 3.5ns 0.414 415倍法则 为了改善和提高测量精度只能提高示波器系统带宽，如选择比信号上升时间高 5倍的示波器，上升时间测量误差为： 500MHz示波器系统上升时间为 350 / 500MHz 0.7ns 仪器显示的信号上升时间 3.5ns2 0.7ns2 3.569ns 测量误差（ 3.569ns 3.5ns） / 3.5n
9、s 0.0198 2 数字示波器原理及主要指标 根据上升时间和带宽的关系，似乎可以得出结论，带宽越高 ,测量的误差越小，因为带宽越高，对应的示波器本身的上升时间越小，测量出的上升时间就非常接近于真实的上升时间。 实际上带宽并不是越大越好，因为示波器毕竟不是一个理想的仪器，它本身也有噪声。 从频域来理解会更容易些。 只有当被测信号的能量远大于示波器测量系统本身带来的噪声能量的时候即信噪比足够大的时候，选择的带宽才是合适的。 当被测信号 99%的能量都在 500MHz范围以内，使用 500MHz 的示波器就合适了，但如果用 6GHz 的示波器，因为 500MHz到 6GHz 带宽范围内的示波器及探
10、头的底噪及探头感应的噪声能量会远大于被测信号剩下的 1%的能量，测量出来的结果反而没有用 500MHz带宽的更接近真实情况。 在测量电源纹波时需要将示波器带宽限制为 20MHz就是这个道理。小结带宽p 数字示波器的带宽指的是前端放大器的 3dB（ 70.7%）带宽，单位 Hz。p 带宽不足会使高频信号幅度下降或高频成分消失。p 选择示波器带宽有两种方式：以谐波为核心或以上升时间为核心。p 以谐波为核心选择带宽应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波分量。p 以上升时间为核心选择带宽，示波器应该至少快于信号上升时间的 5倍。数字示波器 原理及主要指标采样率 采样是将模拟信号通过 AD转换变成数字信号
11、的过程。采样率：示波器每秒采样多少个点采样点等时间间隔分布， 相邻两 点间隔时间倒数 就是采样率。采样率以 “ 点 /秒 ” （ Sa/s）来 表示。采样点数字化需要的保持时间采样间隔数字示波器 原理及主要指标采样率信号 采样 数字化 8bit 存储1011100111110101.1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 采样保持 转换成为数据 顺序存储通俗讲，采样实际上是用点来描绘进入示波器的模拟信号。屏幕屏幕显示选定部分的内存数字示波器 原理及主要指标采样率实时采样 : 触发一次采集所需点 等效采样 : 触发多次将采样点拼接起来实时采样 VS 等效采样数字示波器 原理及主要指标采样率 实时采样 VS 等效采样实时采样：适合捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号等效采样：适合观察周期性重复信号，且前提是信号必须能稳定触发 数字示波器 原理及主要指标采样率 采样率不足会怎么样？示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接影响！奈奎斯特取样原理：在 正弦波 上采样，采样频率 fs必须 大于 信号频率 SF的 两倍以上 才能确保从采样值完全重构原来的信号。采样率低会对波形产生的影响：p 波形失真p 波形混淆p 波形漏失时刻警惕采样率数字示波器 原理及主要指标采样率 采样率不足会怎么样？波形失真数字示波器 原理及主要指标采样率 采样率不足会怎么样？波形混淆
