示波器基础知识

示波器基本知识大普及

数字示波器基本原理

示波器主要有五大功能：即对信号进行捕获,观察,测量，分析和存档。被测信号经过探头和前端放大器以及归一化后转换成 ADC 可以接受的电压范围，采样保持电路按固定的采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC 将这些电平转化为数字的采样点，这些数字的采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析。

带宽

如无特别说明，通常谈到的带宽是指模拟带宽，除此之外还有数字带宽、系统带宽、触发带宽等。模拟带宽就是示波器前端放大器幅频特性曲线的截止频率点。示波器带宽的限制对信号的捕获影响如下：1,延长被测信号上升时间；2,减少了被测信号的频率分量；3,使被测信号相位失真。目前实时示波器的最高带宽达到了 45GHz，是由力科公司提供的。

如何选择带宽

选择带宽主要考虑被测信号的类型和我们期望的测量准确度，关键是上升时间和幅度测量的准确度。对时钟和快沿信号而言，可以从上

升时间角度来选择，建议示波器的上升时间小于被测信号上升时间的 1/3；对于串行信号来说，当示波器带宽是波特率的 1.8 倍时可以覆盖信号

能量的 99%，当然，这是基于一个前提，被测信号的上升时间要大于 20%的 UI。

示波器的上升时间=0.35/带宽，0.35 是基于高斯响应曲线推导出来的理想值。实际值可能在 0.35-0.45 之间，具体大小可以查看产品的Datasheet 确认。

采样率/存储深度/可分析的存储深度

深度采样率表示示波器每秒钟等时间间隔采样多少个点。存储深度表示示波器当前保存的采样点的个数。把经过 A/D 转换的八位二进制波形信息存储到示波器的高速 CMOS 存储器中就是示波器的存储，这个存储器的容量就是存储深度。存储深度=采样率 X 采样时间，这个关系式非常重要。可分析的存储深度表示示波器有能力分析采样下来的波形的最多的点数。目前世界上最高采样率（120GS/s）和最高可分析存储深度

（768Mpts）是由力科公司提供的。

插值

示波器通常有两种插值方法，一种是线性插值，即将采样的点和点直接相连，另外一种是 sin(x)/x 插值，假设信号是按正弦规律变化,在两个点之间补充若干个点再连成线。对于正弦信号，采用 sin(x)/x 插值可以弥补采样率的不足。对于方波信号，采样率不足情况下采用

sin(x)/x 插值会带来波形的过冲和下冲等假象。

触发

触发的首要目的是隔离感兴趣的事件，引申的目的是稳定同步显示波形。触发是数字示波器区别于模拟示波器最大的特点之一。触发设置时要“眼观五路”: 触发源，触发点，触发电平，触发方式，触发模式。力科示波器具有独特的四级硬件触发，组合触发方式达到 2500 种以上。

触发模式

示波器有 Auto，Normal，Single 等触发模式。 Auto 表示示波器按固定的时间间隔强制触发，不管触发条件是否满足。 Normal 表示示波

器满足触发条件才触发，不满足触发条件则不触发。 Single 表示满足条件就触发一次,进入 Stop 状态。测试时通常用上升沿触发和 Auto 模式，使波形在触发点相对于上升沿是稳定的,再使用其它特别的触发方式和 Normal 模式来定位异常信号。

AIM

AIM 是 All In one time Measurement 的缩写,表示同时测量屏幕上捕获到的所有波形的参数。这是力科示波器区别于其它示波器的重要特征。其它示波器仅仅测量屏幕上捕获到的波形中的一个脉冲的参数。譬如屏幕上捕获到的是 1 千万个脉冲，力科示波器可以同时测量出这 1 千万个脉冲的上升时间,下降时间，周期,频率等参数,而其它示波器只能测量出这 1 千万个脉冲中的一个脉冲的参数。

WaveScan

WaveScan 被称为示波器的中 google，能够实时地对采集到的波形进行测量分析，搜索出感兴趣的信号，可对搜索到的信号进行列表显示、高亮标识和放大观察，可以静态的“查找”，也可以动态的“扫描”。动态扫描时，当查找到感兴趣的信号时，示波器可以产生“停止捕获，

发出告警声，自动保存波形，打印屏幕，产生报告”等各种动作，从而实现“无人值守”的排查异常信号的作用。

TriggerScan

TriggerScan 是一种新的智能硬件扫描功能，是力科第四代示波器的独特创新。该功能通过“触发训练器”对采集到的正常波形进行学习, 产生一系列的触发组合，示波器件自动地按这些触发方式轮流触发信号，从而快速定位到异常罕见的信号。

顺序模式

顺序模式就是将示波器的采集存储器分成若干等份，每一等份中只放入当前触发到的波形，触发一次，保存一次。在顺序模式下，示波器

的波形捕获率可达到 150 万次/秒。力科的顺序模式功能有独特的“时间标签”功能，可查看每次捕获到的波形的时刻以及时相邻两次出现的

时间间隔。

直方图和参数追踪图

参数直方图描绘了参数在一定范围内出现的概率。其横轴表示参数的大小,纵轴表示参数出现的概率。参数直方图可显示和分析信号关键特

征的稳定性和抖动。参数追踪图反应了参数值随时间的变化轨迹。通过对某一测量参数（如 TIE、周期、幅度等测量参数）的变化情况的实时

追踪来分析该参数的变化趋势，继而分析引起参数变化的原因，为电路调试提供指导。