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【泰克示波器】如何利用示波器輔助進行測試
2018-10-24  9:26:47
       A1:帶寬是示波器很重要的指標,因為在數字示波器中有ADC,它的采樣率理論上需要滿足Nyquist采樣定律,即被測信號的很高頻率信號的每個周期理論上至少需要采2個點,否則會造成混疊。但是在實際上還取決于很多其它的因素,比如波形的重構算法等。泰克示波器采用先進的波形重構算法,被測信號的每個周期只需要2.5個點就能夠重構波形。也有的示波器采用線性插值算法,可能就需要10個點。一般采樣率是帶寬的4-5倍就可以比較準確地再現波形。

  泰克的TDS3000B系列是“實時采樣”示波器,即,它的單次帶寬(捕獲單次信號的能力)=重復帶寬,您所說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。

  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?因為帶寬已經固定了。除非需要捕捉毛刺。

  A2: 帶寬是限制被測信號高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個被測信號周期只需2.5個點就能夠很大限度的重構波形。其它一些示波器需要大于4個樣點/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個點(線性內插技術)才能保證采集信號有意義。

  Q3:現在有用數字的放大器嗎?普及率高嗎?

  A3:現在常說的數字放大器我們一般稱之Class D放大器,它建立在PWM和delta-sigma調制技術之上,它在一些對效率要求高,但對THD要求較低的應用中得到大量使用,如用低音放大器,手機設計中的Speaker放大器。

  Q4:關于毛刺測量,以前請教過相關的技術人員,得到的答復是,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律?此時示波器的前置濾波器不會對它有影響嗎?

  A4:不能斷言所有的示波器都是這樣。比如,有些示波器達到1GS/s,帶寬只有60MHz,顯然,1ns的毛刺不可能捕捉到。其實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量,詳情請參見泰克關于DPO的應用文章。

  Q5:示波器接地線后,導致MOSFET炸掉,是何原因?

  A5:為保證測試中的人身安全以及獲得良好的測量效果,一般示波器的所有探頭的地線都與機殼連接在一起,并連接到示波器電源線的地線。因此,您在電源中測量MOSFET管波形的時候,如果其中任何一個點都不是地,就會產生問題。

  剪斷地線可以防止對MOSFET管測試中的短路問題,但是也會帶來一些其它的測試問題,比如示波器機殼帶電,示波器機殼分布參數對測量信號造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭,比如泰克的P5205,可以測量所謂的2個測試點都不是地的差分信號。

  Q6:我測量的I/Q信號是基頻, 我測量的目的是想對比區分好的手機和壞的手機.但我測量時不能看到任何信號.是不是示波器設置有問題?

  A6:IQ信號:您的測試點會不會是高阻?是否信號幅度非常?即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10:1的探頭,相當于10mV/格。一般測量IQ信號可以使用TDS3000B的XY顯示功能,或者如果你有時鐘,使用XYZ顯示的功能。還有問題的話,請直接和我聯系,我會安排泰克的工程師與您共同探討解決這個問題。

  Q7:我們公司之前用TDS744,TDS745等示波器是使用的是無源探頭(如P6139A,帶寬500M)。在購買了有源探頭(P6237)之后,從測試波形來看(特別是測高頻信號時),兩者的測試結果差異較大。從探頭參數得知,有源探頭的輸入電容<1pF,而無源探頭則為10pF左右。這樣看來應該是有源探頭的測試結果更能反映信號真實的情況。請問既然無源探頭對高頻信號衰減很大,那其500M的帶寬有什么意義呢? 我們在測試信號時,如何根據測試情況來選擇使用有源或無源探頭?

  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到500MHz,但是正如您所說,其輸入電容不同,這一電容將產生對于待測信號的負載效應,造成信號振鈴,形狀發生改變,因此這個時候使用有源探頭時能反映信號的真實情況。實際上,使用探頭不光要考慮帶寬,所有這些因素我們在測量高頻信號的時候都要考慮:帶寬/上升時間、動態范圍、負載效應、接地效應、共振效應。

  尤其P6139A時您還要考慮地線的影響,探頭上的接地線也會帶來振鈴,測量高頻信號的時候應該盡量縮短地線的長度。

  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因素。

  選擇無源探頭主要是因為其動態范圍大,比如P6139A可以測量從毫伏到幾百伏的信號,而P6247只能測量+-8.5V的信號。另外有源探頭價格也是一個因素。

  詳情請參閱泰克《探頭ABC》以及《數字信號完整性測試》

  Q8:在示波器上看波形時,用外觸發來看好還是自觸發好,兩者有何區別?

  A8:示波器的通常觸發是邊沿觸發,其觸發條件有2個,觸發電平和觸發邊沿。即:信號的上升沿(或者下降沿)達到某一特定電平(觸發電平)時,示波器觸發。示波器只有在信號自觸發有問題的時候才會使用外觸發,沒有哪一個更好的問題。而這種問題通?赡苁,信號比較復雜,有很多滿足觸發條件的點,無法每次在同一位置觸發,從而得到穩定的顯示。這時需要使用外觸發。

  Q9:我發現一個比較奇怪的問題,為什么看似很普通的一個示波器探頭往往會賣得很貴呢? 請教專家,決定示波器探頭價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時間?需不需要定期的標定?

  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)。示波器的探頭壽命不好說,看您使用環境和方法。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?傊,能夠用好探頭才可以用好你的示波器,詳情請參見泰克《探頭ABC》,大家如果需要可以發Email給泰克索要。

  Q10:我們目前在測量離板信號線的傳導騷擾時,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。我們初步分析是由于板上的開關電源芯片引起的,但是對于如何使用示波器測量這樣的噪聲信號不是很清楚。請專家指點迷津!

  A10:示波器可以測試噪聲信號有幾個考慮的因素:1. 被測信號的幅度,是否為小信號,示波器配合探頭可以測試uA級的信號;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。

  Q11: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很大值?

  A11:您的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。很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。
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