取样示波器

vx

x0
t
sin x0
xm sin 1 x0
xm
00
450
900
1350
15
1800
Eg:要在X=10CM长度上（1）对f=10MHz的信号显示两个完整周期
的波形，求示波器应具有的扫描速度。（2）若用上面求出的扫 描速度对f=5MHz的信号能显示几个完整的波形。
解：
（1）扫速： Ss
2
2
2
2
2
带宽
60M 60M 100M 100M 100M
采样率
200MSa/s（每秒采样次数Sa/S）
逻辑通道数
16
16
最大采样率
400MSa/s
400MSa/s
显示更新率
达25,000,000矢量/秒/通道
显示方式
测量
常规、峰检测、延迟、滚动、带Z消隐的XY、平均 峰峰值、最大值、最小值、平均值、幅度、波顶、波底、过冲、前 冲、有效值、频率、周期、+脉冲宽度、-脉冲宽度、占空比、最大
T x

f
1 5cm

10
1 10 6

5

0.02
s
cm
（2）每周期宽度 x T 1 1 10cm Ss fS s 0.02 5
能显示一个完整的波形
16
Eg:利用示波器椭圆法测量被测网络输出与输入信号电压的相位差

（1）在图中连接测试线路。
（2）如何判断示波器X、Y两个通道之间是否存在固有相位差 。
放 大 器
A/D 变换
数字荧光DPX处理 获取捕捉
显示记忆
显示
μp
数字荧光示波器（DPO)并行结构
21
（二）确定你对带宽的要求
首先要考虑示波器的带宽 即频率上限，
通常为了使信号的高频成分基本不衰减地显示，示波器的带宽至 少应为被测信号中最高频率的三倍以上。（正弦波可1:1）
下图说明一50MHz的方波在不同的四种数字示波器上进行观测的
B
电路反馈
A
vi
取样门
S k vsf A1
延长门
A2
v0 KA1vi
CS
Cm
至Y放大器 A2=1
平滑调整
vsf 1 KA1B vi1
( KA1B 1)
取样门脉冲
延长门脉冲
v01 KA1vi1
v02 KA1vi 2
vsf 2 B KA1vi 2
闭环取样电路组成框图（差值取样）
二者 比较 产生
t
( e)
取样门 脉冲
量化取样电压
9
脉冲（e）的三个作用： 作为 t 步进延迟脉冲，去触发取样脉冲发生器和延长门脉冲发
生器。 去触发阶梯波发生器，使阶梯波上升一个台阶。 加到快斜波发生器，使快斜波产生回程。
五、取样示波器的几个主要参数 （一）取样示波器的带宽： 数十GHz
结果：
500M有
150M高
高频细节, 上升时间 快
频信号细 节丢失, 上升时间 减慢
100M上
升时间变 慢,幅度有 衰减
20M显示
波形面目
全非
22
如果需要更高的精度，要求示波器的带宽高出被测信号频率的十倍。 （虽然精确的幅值测量并不完全取决于频率响应. 刻度,动态范围也 是因素之一)
考虑信号显示的上升时间
取样示波器
1
三、取样示波器的基本原理
（一）取样
广义：对连续波形离散的采集样本，从而用离散信号代替连续波形。
取样：利用采样门把连续时间信号变成离散时间信号
原理：采用取样技术，把高频、快速的重复信号变换成低频信号，
再通过类似于通用示波器的方法，将变换后的信号显示出来。
实时取样：

P(t)
vi t
23
的时间(a) 。
脉冲 越窄越好。
因此实时取样不能解决通用示波器的频带不够的问题，
3
非实时取样：取样电压是由多个波形上取到的；并非实际经历时间
周期性信号 2
3
a 1
1t 2t
4
5
6
3t 4t 5t
b
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t
c
mT t
d
t
量化取样电压
t
4
取样示波器的Y通道
c
比较器 d
阶梯波 发生器
X放
等效扫速
取样密度
Y通道的作用：把输入信号变成量化取样电压
X通道的作用：产生每隔 mT t上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲
8
具体过程由各点波形加以说明：
a
b c
d
t
2t 3t
e 1
2
f 1
2
1
2
3
4
5
6
g mT t
分频
54616B
dc—500MHz 10Hz—500MHz
500MHz 2
2GSa/s
2mV/div—5V/div
8bit
0.5div或5.0mV(1) 1div或10mV(2)
27
54620系列示波器（模拟、数字存储混合系列）
54621A 54621D 54622A 54622D 54624A
示波器通道数
。由于包
络波形所需时间拉长（相对扫速降低），就有可能m用T 一 般t 低频示波
器显示。
• 由于显示一个信号包络所需时间（测量时间）远大于被测信号实 际所经历的时间，所以是非实时取样。
（二）显示信号的合成过程
如何显示离散波形？需给X、Y偏转板加什么样的电压？
6
23
ห้องสมุดไป่ตู้
vy
4
a 1
c
t
5
0
t
与通带宽度或者说高频端有关 f 3dB
设：示波器的高端频率为: （ f h ）
示波器的固有上升时间为
若被测信号实际上升时间为 tr
tR

2.2
2f h
1 3 fh
且 t r t R 则示波器的影响忽略不计
否则 tr
tr 2

t
2 R
tr—测量值
对于定时测量，信号上升时间与示波器上升时间的比值越高，则 测量误差越小。如下表：
（3）如果X、Y两通道之间存在固有相位差 xy 且900 xy 0
试设计一种测量方法，确定其 xy 和 的大小（不要求写出椭圆
法具体计算公式）。
解：
X
Y
利用同一信号同时输入示波器X、Y
输入端求出 xy 固有相位差。
vi 被测网络 v0
信号源
再将 vi 和 v0 送入X、Y输入端
具有波形运算能力，包括波形、数学函数运算功能。
有平均和无限余辉显示模式
亮度高，聚焦好
19
数字荧光示波器：具有模拟功能的数字示波器（TDS3000系列） 模拟示波器可获得包括幅度（Y轴）、时间（X轴）、亮度
（幅度随时间分布）的三维信息。 数字存储示波器缺少余辉显示功能。因为它是数字处理只有1
23
信号上升时间/示波器上升时间
测量误差计算结果
1:1
41.4%
3:1
5.4%
5:1
2.0%
10 : 1
0.5%
(三）正确合理地使用探头
探头将影响测量精度，一般使用的探头是低电容探头，基本形
式如下：塑料外壳
至示波器输入端
探针
ui
屏蔽电缆
c2
金属屏蔽罩
c1
u0
R1
9M
ci
R（i 1M） 24 示波器的输入阻抗
或0两个状态；没有亮度的多层次变化。 模拟存储示波器可实现三维显示，这种荧光余辉效应对观察
混合波形和偶发事件十分有用。 数字荧光示波器兼具模拟、数字示波器的优点： 1、采用专用图像处理芯片：TEK公司采用DPX型芯片,集数据
采集、图像处理和存储于一身。（130万晶体管、0.65vmCMOS工 艺、16级亮度、波形存储淤10万像素显示屏上、1/30秒刷新一次。
0
vx
vs
b
d
t
合成波形两点间 t mT t
0
t
mT t 取样电压
X,Y偏转板都应加阶梯电压：X：电压与时间成正比
Y： 量化阶梯电压 7
四、取样示波器的基本组成
输入
a 取样门
延长电路 g Y放
f
取样门脉 t 延迟脉冲 延长门脉
冲发生器
经脉冲 形成电
e
冲发生器
路
触发
快斜波
放大分频 b 发生器
2、能实时存储、显示和分析复杂信号的三维信息。 3、采用并行结构和基于ASIC硬件处理技术。 4、能显示复杂波形中的细微差别以及频繁程度。如电视信号 的扫描信号和音视频信号，以及电视信号中的异常现象。
20
数字荧光示波器和数字示波器的结构区别：
采样
A/D 变换
捕
信号分离
获 存
储
微
处 显示
理
数字存储示波器（DSO)串行结构
只能测量重复频率较高的信号。
12
§2.5示波器的基本测量方法 测电压 测时间 测脉冲宽度 上升或下降时间
90%
50%
10%
13
测频率
f 1 T
f

N S s 10格
Ss

t cm
—扫描速度
N 有效区中10格内的重复数
N很大时用
相位差的测量（同频率、图形简单的两个信号）
值时间、相位、延迟
波形运算
相减、相乘、FFT、积分、微分
存储
内装软盘
28
54620系列示波器（$2310） 高清晰显示与2MB深存储器相结合。能发现有关信号的大量信息。 独特的2+16混合信号配置可同时进行示波和逻辑测量。 强大的触发能力，可选择边沿，模式，脉冲，序列，持续时间和
I 2C 触发. 能深入观察过去难以看到的信号细节，从窄跳变，失真的边沿到
或者只在50 输入 时才具有。
25
IWATSU岩崎模拟存储示波器（500mhz)TS-8500
26
模拟存储54610系列示波器(Agilent安捷伦）
54610B
54615B
带宽
通道1和通道2 交流耦合
dc—500MHz 10Hz—500MHz
dc—500MHz 10Hz—500MHz
单次带宽 通道数 最大采样率
Vs
Ses

nt L

Vs t
L
Vs 1 L Vf
Tf
即等效扫速与快斜波的上升斜率Vf/Tf成反比；调整它 即可调整等效扫速,斜率大则扫速低。
11
取样示波器与通用示波器的主要差别： 取样示波器是非实时取样 取样示波器的X轴具有双重任务， 产生扫描阶梯电压； 控制Y通道产生量化电压 扫描 信号是阶梯式变化的（非线性）。
价格低（频率较低的）
模拟示波器的缺点：
精度低、测量能力较弱
带宽有局限性
无预触发观测能力
显示易闪烁并容易显示模糊
18
数字示波器的优点：
测量精度高
带宽较宽
显示可存储
有预触发观测能力
能捕捉单次信号，并准确定位
能进行峰值毛刺检测
自动测量
可与计算机、打印机、绘图仪连接
1 (a)
t vs t
tn T0
23 4
4 vi t
vs t
5
t
1
vs t vi t pt
(b)
5
2t
vs t vi t pt pt 1 tn t tn
有信号
0 tn ttn T0 无信号
从(a)-----(b)的波形我们可以看到， 实时取样的特点是： 取样一个波形所得脉冲列的持续时间(b)等于输入信号实际经历
单次
灵敏度 分辨率 触发灵敏度
dc—25MHz dc—最大带宽
dc—2MHz 2
250MHz 2
20MSa/s
2mV/div—5V/div
8bit
1GSa/s
2mV/div—5V/div
8bit
0.35div或3.5mV(1) 1div或10mV(2)
0.5div或5.0mV(1) 1div或10mV(2)
高输入阻抗低输入电容探头，可减小对被测电路的影响
若R1 C1 C2 RiCi
则分压比 U i R1 Ri 10
U0
Ri
1
1档，不衰减。10档，衰减10倍
（四）合理使用示波器
勿使辉度过高
勿施加过高的输入电压
（五）你应该牢记下面几点：
探头将影响测量精度
某些示波器所列出的最高带宽指标只局限于某一特定的电压范围，
a：线性扫描法


x1 x
3600

x1
400
超前信号作为触发信号
不适合的情况：相差较小时不易分辨
x1
1格
x
9格
14
b 、李沙育图形法（频率较低，且图形简单）可测频率比、相差等
2xm
2x0
vy
vx Vxm sint
2y0 2ym
vy Vym sin t
t
椭圆方程
xm
5
由上述可见：
• 取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点，在 t1 时刻进 行第一次取样，第二次取样在t2 进行。两次可以相隔mT个周期，每
一次比前一次延迟 1t。（m---两个取样脉冲之间被测信号周期数）
• 取样后的取样电压虽然也是一串脉冲列，但这串脉冲列的持续时
间却大大拉长了，两个脉冲之间的时间间隔变为
测得 xy
则 xy
17
示波器的选择及正确使用：视被测信号频率而定
（一）确定你需要模拟还是数字示波器
模拟示波器的优点：
操作控制均很直观、熟悉。可以进行三维显示。x/y/亮度
对诸如垂直灵敏度、时基扫描速度、跟踪位置以及触发电平等常
用调节可以进行直接专门控制。
频率限制主要在取样门，fh与采样脉冲宽度成反比。
(二) 取样密度----屏上水平轴上单位长度内所包含的取样点数目。
用每cm的光点数表示
cm
10
取样密度与X轴阶梯电压的关系如图
vx
屏上总点数 n Vs X方向最大偏转电压 Vs 阶梯波每级上升的电压
Vs
Vs固定
t
（三）等效扫速
等效于被测信号经过了nt 时间与水平方向展宽的距离L之比。