示波器基礎知識100答疑 *部分

 1． 對一個已設計完成的產品，如何用示波器經行檢測分析其可靠性？

　　答：示波器早已成為檢測電子線路zui有效的工具之一，通過觀察線路關鍵節點的電壓電流波形可以直觀地檢查線路工作是否正常，驗證設計是否恰當。這對提高可靠性極有幫助。當然對波形的正確分析判斷有賴于工程師自身的經驗。

　　2． 決定示波器探頭價格的主要因素是什么？

　　答：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，價格也從幾百人民幣到接近一萬美元。價格的主要決定因素當然是帶寬和功能。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測試需要的保真度。為做到這一點，即使無源探頭，內部也必須有非常多的無源器件補償電路(RC網絡)。

　　3． 一般的示波器探頭的使用壽命有多長時間？探頭需不需要定期的標定？

　　答：示波器的探頭壽命不好說，取決于使用環境和方法。

　　標準對于探頭沒有明確的計量規定，但是對于無源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時候，必須進行探頭補償調整。所有有源探頭在使用前應該有至少20分鐘的預熱，有的有源探頭和電流探頭需要進行零點漂移調整。

　　4． 什么是示波器的實時采樣率？

　　答：實時采樣率是指示波器一次采集(一次觸發)采樣間隔的倒數。據了解，目前業界的zui高水平是四個通道同時使用。

　　5． 什么是示波器的等效時間采樣？

　　答：等效時間采樣指的是示波器把多次采集(多次觸發)采集到的波形拼湊成一個波形，每次采樣速率可能很慢，兩次采集觸發點有一定的偏移，zui后形成的兩個點間的zui小采樣間隔的倒數稱為等效采樣速率。其指標可以達到很高，如1ps。

　　6． 什么是功率因數？如何如何測量？

　　答：功率因數：在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數，以COSΦ表示，其實zui簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結果就是功率因數。

　　7． 如何表達和測試功率密度？

　　答：功率密度就是單位體積里的功率，一般電源里用W/in3。

　　8． 有無辦法利用示波器測出高頻變壓器或電感磁芯的工作情況？

　　答：TEK推出的功率測試方案里就有一項功能——B-H曲線的分析，它能反應磁芯的工作狀態，還能測出動態電感值，并得出磁芯損耗。

　　9． 開關電源的噪聲有多種如布線不合理引起的交叉干擾、電感漏磁、二極管反向尖峰...等引起噪聲，如何用示波器鑒別？

　　答：TEK的TDS5000示波器上有頻域分析、分析噪聲的頻率段就能分析出噪聲的種類，才好用相應的處理方法。示波器只能提供數據分析和波段形顯示。

　　10． 用示波器怎樣可以測試到開頭電源的幅射？

　　答：開關電源存在幅射干擾，一般做法是設法探出干擾源，然后再去屏蔽它。用示波器可以傅立葉變換的功能分析其頻率成份構成，根據頻率范圍，從而判斷干擾的種類。

　　11． 在反激式電源設計過程當中，經常會因為變壓器漏感大，而使變壓器的轉換效率降低，繞制時采用初級中間夾繞次級的方式仍然不大理想。變壓器繞制有什么技巧嗎？

　　答：將大功率的輸出繞組繞在里面，盡量靠近原邊，加強偶合。

　　12． 有沒有能分析開關損耗的示波器？

　　答：泰克的電源測試系統即TDS5000系列數字熒光示波器加上TDSPWR2功率分析軟件就可以輕松的分析開關損耗以及每周期的功率損耗甚至包括RDS ON。

　　13． 示波器能否進行傅立葉分解？

　　答：現代數字示波器大多具有FFT功能，其中上述系統甚至可以按EN61000－3－2標準對電流諧波進行預測試。

　　14． 示波器能否進行濾波處理？如對PWM波進行低通濾波？

　　答：TDS5000可以進行20MHz，150MHz低通濾波，還可以進行一種稱之為高分辨率采集的數字低通濾波，在此種模式中采樣點的垂直分辨率可從8bits提高到12bits，上述系統可以輸出像比如PWM這樣的信號按照脈寬變化的趨勢的類似正弦波波形。

　　15． 使用數字示波器時，對B觸發和觸發電平的設置與被測信號有什么原則？

　　答：泰克的示波器支持A,B trigger功能，簡單說就是可以雙事件序列觸發，當選擇A-B seq時，A事件作為主觸發，配合B事件捕獲復雜的波形。觸發方法為A事件arm觸發系統，當定義的B事件出現時在B事件處觸發。具體詳細的觸發說明，請參考示波器的手冊。

　　16． 如何用TDS3052B測量載波頻率為幾十K，調制波頻率為電源頻率的已調波的zui大值？

　　答：工頻輸入可能為低頻的50Hz/60Hz，同時載波為幾十K，一個工頻周期為20ms左右，如果示波器需要觀測20ms信號，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格, 同時根據幾十k的載波信號，確定示波器的采樣率。zui后可以估算出需要的采集內存長度，判斷是否能夠滿足測試要求。

      17． 使用一臺標稱100MHz的DSO示波器，測量一個高頻開關幅值400V，f=50M，示波器如何描繪出它的波形和上升時間？

　　答：① 示波器的帶寬是以正弦波幅度衰減－3dB點為帶寬定義的。

　?、?數字示波器中對于波形和上升時間的描繪都是通過實時采樣電路和高速A/D變換器獲得波形數據，再通過插值運算得到的。

　?、?在泰克的示波器中，有實時的處理電路完成所謂的正弦內插功能，在信號采集電路部分完成。當然，很多示波器也是通過示波器的主處理器進行數學運算完成的，這個時候會花比較多的時間。

　　④ 對于您測量的信號，恐怕使用100MHz的示波器是無法進行。50MHz的方波，理論上應該使用450MHz以上的示波器才能將信號中zui重要的9次以下諧波準確重新，從而保證波形不失真。更何況，您恐怕還要考慮信號上升時間的問題，理論上，示波器的上升時間應該比信號快5倍以上。

　?、?探頭也一樣，由于普通探頭在測量高壓的時候會產生高頻失真的效應，您應該采用特別的差分探頭或者高壓探頭比如，泰克的P5205，P5100進行測量。

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

　　答：要注意的問題有：

　　① 示波器的接地問題，示波器的機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量干擾的首要條件。

　　② 示波器參考地線引入的干擾問題，由于普通探頭通常都有一段接地線，會與待測點構成一個類似環形天線的干擾路徑，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，而直接使用探頭和探頭內的地點接觸待測點進行測量。

　?、?使用差分測量的方法，消除共模噪聲。泰克提供一系列的差分探頭，比如專門針對小信號的ADA400A可以測量到幾百微伏，用于高速信號測量的P7350提供高達5GHz的帶寬

　　④ 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集（Hi-Res）的信號捕獲模式，可以過濾信號上疊加的隨機噪聲。

　　19． 在測量離板信號線的傳導干擾時，發現在兩個特定頻點（一個是659K另一個是1.977K）上由兩個很大的噪聲信號。初步分析是由于板上的開關電源芯片引起的，如何使用示波器測量這樣的噪聲信號？

　　答：示波器可以測試噪聲信號有幾個考慮的因素：

　?、?被測信號的幅度，是否為小信號， 示波器配合探頭可以測試u*的信號

　　② 被測信號的頻率。

　　③ 探頭的連接方式不當會產生噪聲，影響測試結果。

　　20． 在用泰克的示波器時，如何理解Holdoff這個參數？

　　答：Holdoff（觸發釋抑）的含義是暫時將示波器的觸發電路封閉一段時間（即釋抑時間），在這段時間內，即使有滿足觸發條件的信號波形點示波器也不會觸發。在數字示波器中也會用百分比來表示，意義是整個記錄長度或者整個屏幕的百分比。

　　示波器的觸發部分的作用就是穩定的顯示波形，觸發釋抑也是為了穩定顯示波形而設置的功能。主要針對大周期重復而在大周期內有很多滿足觸發條件的不重復的波形點而專門設置的。比如圖中所示，圖中紅色的點都可以滿足觸發條件，如果不用釋抑功能，觸發點將不固定，造成顯示不穩定，使用觸發釋抑后，每次都在同一個點觸發，因此可以穩定顯示。

　　此外，對于調幅信號等也一樣要使用觸發釋抑。詳情請參見泰克文章《示波器XYZ》。

　　21． 關于holdoff，所謂觸發與非觸發，示波器對采集信號的處理有什么區別？

　　答：對于數字示波器，不論是否觸發，示波器實際上都是在不斷地采集波形，但是如果只有穩定的觸發才能有穩定的顯示。也會出現這種狀況，示波器觸發電路的模式出于“自動”模式，即不論是否滿足觸發條件都進行波形顯示。如果使用“通常”Normal模式，不滿足觸發條件就不會顯示波形。

　　22． 關于holdoff，如果在水平時間分辨率不變的前提下，是否百分比設置越大（對應信號顯示逐漸穩定）那么就意味著信號的周期越長？

　　答：是的，百分比越大，釋抑時間越長。

　　23． 如何使用示波器測量差分信號？

　　答：的方法是選用差分探頭，這時測到的信號zui為真實客觀；若沒有差分探頭，可使用兩個差分探頭接到示波器的兩個通道上(如Ch1, Ch2)，然后用數學運算，得到ch1-ch2的波形并進行分析，這時盡量保持兩根探頭*一樣，示波器兩個通道的Vertical scale ( 每格多少伏)設置一樣，否則，誤差會較大。

　　24． 怎樣用示波器測量出USB總線上的差分信號？

　　答：USB 信號的測試分為2種情況：

　　*種是需要進行符合USB組織定義USB1.1/2.0總線的物理層測試規范，只有通過USB一致性測試后方可打上USB標識。USB物理層一致性測試分為很多個測試項目,主要是考察USB信號的信號質量如何，象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USB總線上的信號，可以選擇合適的差分探頭連接到D+, D-，直接進行USB信號的觀測。USB2.0信號速度比較快，上升時間為幾百皮秒，為了保證信號的包真度測試，需要選擇大于2GHz的示波器和差分探頭進行測試。

　　25． PCB板上的高速信號特征：XAUI接口3.125GBd串行差分信號：60ps，請問需要多高帶寬的示波器才能測量？測量誤差可達多少？

　　答：對XAUI接口3.125GBd 串行差分信號，聽起來有點象InfiniBand 信號，用正弦內插的方式，或類似等效采樣的方式來采集，但由于本身帶寬和觸發抖動等因素，在其測量100ps ~ 130ps范圍內的上升時間時，采用7GHz差分探頭可保證誤差<3%，對于< 80ps的上升時間測量，其誤差會大于10%, 雖然這已經是實時示波器中的方案，單就上升時間測量而言，zui的方案是安捷倫的網絡分析儀(需配上物理層分析軟件)，因為其帶寬可高達50GHz。