如何利用示波器辅助你的设计?

2012-10-24 10:19:12来源: 21ic
Q1:TDS3032B的带宽是300MHz,采样频率为2.5G/s,采样频率为带宽的8倍。请问带宽和采样频率之间有何固定关系吗?我们也有一款其它厂家的示波器,带宽100MHz、采样频率只有200MHz。为什么两个示波器的带宽采样频率比相差这么大?

A1:带宽是示波器最重要的指标,因为在数字示波器中有ADC,它的采样率理论上需要满足Nyquist采样定律,即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采2个点,否则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素,比如波形的重构算法等。泰克示波器采用先进的波形重构算法,被测信号的每个周期只需要2.5个点就能够重构波形。也有的示波器采用线性插值算法,可能就需要10个点。一般采样率是带宽的4-5倍就可以比较准确地再现波形。

泰克的TDS3000B系列是“实时采样”示波器,即,它的单次带宽(捕获单次信号的能力)=重复带宽,您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到100MHz,您可以看一下它的指标。

Q2:在带宽一定的条件下,采样频率太大是否也没有太大的意义?因为带宽已经固定了。除非需要捕捉毛刺。

A2: 带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。使用泰克的示波器每个被测信号周期只需2.5个点就能够最大限度的重构波形。其它一些示波器需要大于4个样点/周期,即100MHZ带宽示波器单次采集至少需要400MS/s的采样率,有些示波器甚至需要10个点(线性内插技术)才能保证采集信号有意义。

Q3:现在有用数字的放大器吗?普及率高吗?

A3:现在常说的数字放大器我们一般称之Class D放大器,它建立在PWM和delta-sigma调制技术之上,它在一些对效率要求高,但对THD要求较低的应用中得到大量使用,如用低音放大器,手机设计中的Speaker放大器。

Q4:关于毛刺测量,以前请教过相关的技术人员,得到的答复是,示波器所能捕捉的最小毛刺就是示波器的采样速率。是否所有的示波器都遵循这一规律?此时示波器的前置滤波器不会对它有影响吗?

A4:不能断言所有的示波器都是这样。比如,有些示波器达到1GS/s,带宽只有60MHz,显然,1ns的毛刺不可能捕捉到。其实捕捉毛刺的能力除了带宽,采样率,还取决于波形捕获率,即每秒能够捕捉的波形数量,详情请参见泰克关于DPO的应用文章。

Q5:示波器接地线后,导致MOSFET炸掉,是何原因?

A5:为保证测试中的人身安全以及获得良好的测量效果,一般示波器的所有探头的地线都与机壳连接在一起,并连接到示波器电源线的地线。因此,您在电源中测量MOSFET管波形的时候,如果其中任何一个点都不是地,就会产生问题。

剪断地线可以防止对MOSFET管测试中的短路问题,但是也会带来一些其它的测试问题,比如示波器机壳带电,示波器机壳分布参数对测量信号造成影响等。解决的办法是使用差分探头,比如泰克的P5205,可以测量所谓的2个测试点都不是地的差分信号。

Q6:我测量的I/Q信号是基频, 我测量的目的是想对比区分好的手机和坏的手机.但我测量时不能看到任何信号.是不是示波器设置有问题?

A6:IQ信号:您的测试点会不会是高阻?是否信号幅度非常小?即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10:1的探头,相当于10mV/格。一般测量IQ信号可以使用TDS3000B的XY显示功能,或者如果你有时钟,使用XYZ显示的功能。还有问题的话,请直接和我联系,我会安排泰克的工程师与您共同探讨解决这个问题。

Q7:我们公司之前用TDS744,TDS745等示波器是使用的是无源探头(如P6139A,带宽500M)。在购买了有源探头(P6237)之后,从测试波形来看(特别是测高频信号时),两者的测试结果差异较大。从探头参数得知,有源探头的输入电容<1pF,而无源探头则为10pF左右。这样看来应该是有源探头的测试结果更能反映信号真实的情况。请问既然无源探头对高频信号衰减很大,那其500M的带宽有什么意义呢? 我们在测试信号时,如何根据测试情况来选择使用有源或无源探头?

A7:您的P6139A探头加上泰克的500MHz示波器典型带宽值还是可以达到500MHz,但是正如您所说,其输入电容不同,这一电容将产生对于待测信号的负载效应,造成信号振铃,形状发生改变,因此这个时候使用有源探头时能反映信号的真实情况。实际上,使用探头不光要考虑带宽,所有这些因素我们在测量高频信号的时候都要考虑:带宽/上升时间、动态范围、负载效应、接地效应、共振效应。

尤其P6139A时您还要考虑地线的影响,探头上的接地线也会带来振铃,测量高频信号的时候应该尽量缩短地线的长度。

另外,您使用的P6247是有源差分探头,共模的影响也可能是一个因素。

选择无源探头主要是因为其动态范围大,比如P6139A可以测量从毫伏到几百伏的信号,而P6247只能测量+-8.5V的信号。另外有源探头价格也是一个因素。

详情请参阅泰克《探头ABC》以及《数字信号完整性测试》

Q8:在示波器上看波形时,用外触发来看好还是自触发好,两者有何区别?

A8:示波器的通常触发是边沿触发,其触发条件有2个,触发电平和触发边沿。即:信号的上升沿(或者下降沿)达到某一特定电平(触发电平)时,示波器触发。示波器只有在信号自触发有问题的时候才会使用外触发,没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是,信号比较复杂,有很多满足触发条件的点,无法每次在同一位置触发,从而得到稳定的显示。这时需要使用外触发。

Q9:我发现一个比较奇怪的问题,为什么看似很普通的一个示波器探头往往会卖得很贵呢? 请教专家,决定示波器探头价格的主要因素是什么呢? 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间?需不需要定期的标定?

A9:示波器的探头有非常多的种类,不同的性能,比如高压,差分,有源高速探头等等,泰克就有差不多近百种不同的探头,价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分,好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点,即使无源探头,内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络)。示波器的探头寿命不好说,看您使用环境和方法。标准对于探头没有明确的计量规定,但是对于无源探头,至少在更换探头,探头交换通道的时候,必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热,有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。总之,能够用好探头才可以用好你的示波器,详情请参见泰克《探头ABC》,大家如果需要可以发Email给泰克索要。china.mktg@tektronix.com

Q10:我们目前在测量离板信号线的传导骚扰时,发现在两个特定频点(一个是659K另一个是1.977K)上由两个很大的噪声信号。我们初步分析是由于板上的开关电源芯片引起的,但是对于如何使用示波器测量这样的噪声信号不是很清楚。请专家指点迷津!

A10:示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素:1. 被测信号的幅度,是否为小信号,示波器配合探头可以测试uA级的信号;2. 被测信号的频率;3. 探头的连接方式不当会产生噪声,影响测试结果。

Q11:如何用TDS3052B测量载波频率为几十K,调制波频率为电源频率的已调波的最大值?

A11:您的工频输入可能为低频的50Hz/60Hz,同时载波为几十K,一个工频周期为20ms左右,如果示波器需要观测20ms信号,即示波器的duration采集窗口至少为2ms/div ×10格,同时根据几十k的载波信号,确定示波器的采样率。最后可以估算出需要的采集内存长度,判断是否能够满足测试要求。(end)

关键字:示波器  采样频率  高频分量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1024/article_6160.html
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