示波器的带宽和采样频率

示波器的带宽和采样频率 采样率是数字上的每秒采样多少个样点。 而带宽则是模拟上的能够测试信号频率的范围。 如果一个ADC的采样频率为5G但是前面搞一个100M的低通滤波器那采样率就是5G带宽就是100M了。 带宽反映了这个示波器能够测试的频率范围如果超过这个频率范围就不准确了。 但是有一条最基本的原则采样频率不得低于信号带宽的2倍。 采样率理论上需要满足农效香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Siglent系列示波器采用先进的波形重构算法同时配备有插值算法精确重构波形。一般来说采样率是带宽的45倍就可以比较准确地再现波形 带宽与采样率 示波器的带宽BW直接表现出它所能测量信号的最小上升时间Tr它们之间的关系为BW0.35/Tr。示波器上标称的采样率都为实时采样率采样率跟带宽一般没直接关系。对带宽为60M的示波器它能测量的最小上升时间约为6ns。频率为1M的信号其上升沿也可做到只有200ps拿这个示波器来测量这个信号的话其上升沿?牟饬恐到 笥?ns探头有„损耗?严重失真。对常规信号来说示波器带宽与所测信号频率之 或者五倍精度97原则对三倍原则60M带宽示波器所能测量间的关系满足三倍精度90 的最大频率为20M。 示波器知识100问 1 对一个已设计完成的产品如何用示波器经行检测分析其可靠性 答 示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2 决定示波器探头价格的主要因素是什么 答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。 3 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间探头需不需要定期的标定 答示波器的探头寿命不好说取决于使用环境和方法。 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。 4 什么是示波器的实时采样率 答实时采样率是指示波器一次采集一次触发采样间隔的倒数。据了解目前业界的最高水平是四个通道同时使用。 5 什么是示波器的等效时间采样 答等效时间采样指的是示波器把多次采集多次触发采集到的波形拼凑成一个波形每次采样速率可能很慢两次采集触发点有一定的偏移最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高如1ps。 6 什么是功率因数如何如何测量 答 功率因数在直流电路里电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里电压乘电流是视在功率而能起到作功的一部分功率即有功功率将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数以COSΦ表示其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差得出的结果就是功率因数。 7 如何表达和测试功率密度 答功率密度就是单位体积里的功率一般电源里用W/in3。 8有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况 答TEK推出的功率测试里就有一项功能——B-H曲线的分析它能反应磁芯的工作状态还能测出动态电感值并得出磁芯损耗。 9 开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管反向尖峰...等引起噪声如何用示波器鉴别 答TEK的TDS5000示波器上有频域分析、分析噪声的频率段就能分析出噪声的种类才 好用相应的处理方法。示波器只能提供数据分析和波段形显示。 10 用示波器怎样可以测试到开头电源的幅射 答 开关电源存在幅射干扰一般做法是设法探出干扰源然后再去屏蔽它。用示波器可以傅立叶变换的功能分析其频率成份构成根据频率范围从而判断干扰的种类。 11 在反激式电源设计过程当中经常会因为变压器漏感大而使变压器的转换效率降低绕制时采用初级中间夹绕次级的方式仍然不大理想。变压器绕制有什么技巧吗 答将大功率的输出绕组绕在里面尽量靠近原边加强偶合。 12 有没有能分析开关损耗的示波器 答泰克的电源测试系统即TDS5000系列数字荧光示波器加上TDSPWR2功率分析软件就可以轻松的分析开关损耗以及每周期的功率损耗甚至包括RDS ON。 13 示波器能否进行傅立叶分解 答 现代数字示波器大多具有FFT功能其中上述系统甚至可以按EN6100032标准对电流谐波进行预测试。 14 示波器能否进行滤波处理如对PWM波进行低通滤波 答TDS5000可以进行20MHz150MHz低通滤波还可以进行一种称之为高分辨率采集的数字低通滤波在此种模式中采样点的垂直分辨率可从8bits提高到12bits上述系统可以输出像比如PWM这样的信号按照脉宽变化的趋势的类似正弦波波形。 15 使用数字示波器时对B触发和触发电平的设置与被测信号有什么原则 答泰克的示波器支持AB trigger功能简单说就是可以双事件序列触发当选择A-B seq时A事件作为主触发配合B事件捕获复杂的波形。?シ?椒ㄎ狝事件arm触发系统当定义的B事件出现时在B事件处触发。具体详细的触发说明请参考示波器的手册。 16 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 答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。 17 使用一台标称100MHz的DSO示波器测量一个高频开关幅值400Vf50M示波器如何描绘出它的波形和上升时间 答? 示波器的带宽是以正弦波幅度衰减3dB点为带宽定义的。 ? 数字示波器中对于波形和上升时间的描绘都是通过实时采样电路和高速A/D变换器获得波形数据再通过插值运算得到的。 ? 在泰克的示波器中有实时的处理电路完成所谓的正弦内插功能在信号采集电路部分完成。当然很多示波器也是通过示波器的主处理器进行 运算完成的这个时候会花比较多的时间。 ? 对于您测量的信号恐怕使用100MHz的示波器是无法进行。50MHz的方波理论上应该使用450MHz以上的示波器才能将信号中最重要的9次以下谐波准确重新从而保证波形不失真。更何况您恐怕还要考虑信号上升时间的问理论上示波器的上升时间应该比信号快5倍以上。 ? 探头也一样由于普通探头在测量高压的时候会产生高频失真的效应您应该采用特别的差分探头或者高压探头比如泰克的P5205P5100进行测量。 18 如何在模拟电路用好数字示波器比如测音频放大器的小信号电源的杂波等 答要注意的问题有 ? 示波器的接地问题示波器的机壳和探头的参考地线都是连接地线的因此良好的接地是测量干扰的首要条件。 ? 示波器参考地线引入的干扰问题由于普通探头通常都有一段接地线会与待测点构成一个类似环形天线的干扰路径引入比较大的干扰因此要尽量减少这一干扰可以采用的方法是将探头帽拿掉不使用探头上引出的地线而直接使用探头尖端和 探头内的地点接触待测点进行测量。 ? 使用差分测量的方法消除共模噪声。泰克提供一系列的差分探头比如专门针对小信号的ADA400A可以测量到几百微伏用于高速信号测量的P7350提供高达5GHz的带 宽。 ? 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集Hi-Res的信号捕获模式可以过滤信号上叠加的随机噪声。 19 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。初步分析是由于板上的开关电源芯片引起的如何使用示波器测量这样的噪声信号 答示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素 ? 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。 ? 被测信号的频率。 ? 探头的连接方式不当会产生噪声影响测试结果。 20 在用泰克的示波器时如何理解Holdoff这个参数 答Holdoff触发释抑的含义是暂时将示波器的触发电路封闭一段时间即释抑时间在这段时间内即使有满足触发条件的信号波形点示波器也不会触发。在数字示波器中也会用百分比来表示意义是整个记录长度或者整个屏幕的百分比。 示波器的触发部分的作用就是稳定的显示波形触发释抑也是为了稳定显示波形而设置的功能。主要针对大周期重复而在大周期内有很多满足触发条件的不重复的波形点而专门设置的。比如图中所示图中红色的点都可以满足触发条件如果不用释抑功能触发点将不固定造成显示不稳定使用触发释抑后每次都在同一个点触发因此可以稳定显示。 此外对于调幅信号等也一样要使用触发释抑。详情请参见泰克文章《示波器XYZ》。 30 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什么固定关系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 答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?罡咂德市藕诺拿扛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45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。 31 示波器指标中的带宽如何理解 答带宽是示波器的基本指标和放大器带宽的定义一样是所谓的3dB点即在示波器的输入加正弦波幅度衰减为实际幅度的70.7时的频率点称为带宽。也就是说使用100MHz带宽的示波器测量1V100MHz的正弦波得到的幅度只有0.707V。这还只是正弦波的情形。因此我们在选择示波器的时候为达到一定的测量精度应该选择信号最高频率5倍的带宽。 32 测量系统的总带宽如何获得 答测量系统的总带宽0.35/上升时间1GHz以下示波器。 33 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 答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。 34 所谓高斯响应示波器和平坦响应示波器各有何优缺点和适合的领域 答在示波器的规范中并没有平坦相应和高斯相应的指标。在示波器中会出现类似的比较或探讨可能有如下原因 众所周知示波器是时域的仪器从泰克发明第一台可触发的模拟示波器以来示波器的带宽一直是最重要的指标它是指示波器内部的前置放大器的模拟带宽。但是示波器带宽的定义却是频域的定义即正弦波幅度衰减到-3dB点时的频率点。一个复杂高速信号含有丰富的频谱分量如果需要精确测量信号必须知道它 们的每一个频谱分量的幅度和相位所以示波器的幅频特性和相频特性非常重要。 从最近几年的发展来看目前数字示波器的带宽越做越高从泰克2000年推出TDS7000 4GHZ带宽示波器2001年推出TDS6000 6GHZ带宽示波器 2003年推出TDS7704B 7GHZ带宽示波器到最近TDS6804B 8GHZ带宽示波器带宽几乎每年都在提升。当示波器带宽到达几个GHZ时前置放大器作为模拟器件保证良好的幅频和相频特性越来越难泰克是掌握这一最关键技术的唯一公司。有些厂商无法做到就不得不采用其它的一些方法来修补模拟器件带宽的不足获得更高的带宽频响曲线自然发生变化。 随着目前各种高速信号越来越多信号速率越来越快对实时示波器提出了新的要求示波器厂商的数字示波器中也出现了一些新的技术最显著的是示波器通过数字信号处理技术DSP来得到更好的性能。DSP就在数字示波器主要应用包括 增强带宽 更快的上升时间 增益和波形校准与改善 幅度和相位的改善 光参考接收机归一化 其中泰克的第三代示波器DPO就是DSP技术的最好体现。合理的利用DSP可以提升示波器测试的信号保真度。但是DSP技术的使用会是每一个示波器的使用者产生迷惑特别是在“带宽是否可以通过DSP可以提升”“示波器的带宽是模拟带宽和DSP技术有何关系”“当前的示波器带宽到底是模拟带宽还是DSP带宽”“DSP技术带来的负面效应是什么” 在泰克最新的TDS6804B 8GHZ带宽的示波器中的模拟带宽是7GHZ通过DSP增强后的带宽是8GHZ为了保证每一个测试人员对这两种方式的理解在TDS6804B中可以打开和关闭DSP的带宽增强功能。泰克将DSP增强带宽带来的优点和问题告诉每一个测试人员帮助测试人员理解模拟带宽和DSP增强带宽的测试结果更好的进行高速信号测试。 35 除高斯响应示波器和平坦响应示波器之外还有基于其它响应的示波器吗 答示波器前置放大器的频响特性是决定测试结果的最关键因素它由模拟器件决定。关键在于用何种方法来获得足够的频响。 36 以前在用TDS744TDS745等示波器时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lt1pF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. 既然无源探头对高频信号衰减很大 那么500M的带宽有什么意义呢 如何根据测试情况来选择使用有源或无源探头 答您的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。 37 实验时示波器接地线后导致MOsfet炸掉现在将示波器都剪掉了地线。这是什么原因 答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如下图所示。 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。 38 用示波器抓取数据时发现存储的文本里只有当前屏幕的数据且是按照resolution为时间间隔的。如何利用软件实时处理数据matlab如何抓到更多数据 答泰克示波器采用压缩屏幕的显示风格即屏幕显示的波形为采集下来的所有数据配合TDS5000B的multiViewZoom功能可以方便显示所有波形。 泰克TDS5000BTDS6000TDS7000BTDS8000B系列示波器都采用完全开放的WINDOWS平台支持当前所有的流行工具象 MatlabLabViewVBVC.NETMicroSoft Office VBA等等可以灵活进行数据分析和处理。 这些分析工具还可以直接安装在示波器里面构成一台集数据采集分析显示处理的仪器。 单次采集更多的数据需要示波器配备更深的存储深度象TDS5000B系列通用示波器可以支持到16M内存。 39 影响示波器工作速度的因素有哪些 答实际上任何一台示波器的原理都差不多前端是数据采集系统后端是计算机处理。影响速度主要有两方面一是从前端数采到后端处理的数据传输一般都是用PCI总线此乃传输瓶颈 但已有新技术可以突破另一个是后端的处理方式提高处理速度可以通过数据分包共享来实现。 40 我们的应用通常会捕获2M甚至更多的数据进行分析 且采样率通常会高达10GS/S 但在进行参数测试和FFT等分析时总是显得很慢 为什么 答处理的数据量大速度自然会慢。要想获得大数据量的高速实时FFT分析除非采用专用FFT处理器但成本较高。 41 使用泰克的TDS2014数字示波器抓一个并口的时序时总能测到能量很强的50Hz交流而测不到信号但是示波器的地和所测并口的地是一致的怎么办 答可以从以下几方面入手 ? 检查示波器是否很好的接地或采用隔离变压器隔离 ? 附近是否有较强50Hz信号感应 ? 在较强干扰环境下应注意并口的驱动能力及工作频率与测试操作选择是否合适。若只看到50Hz干扰正 弦波且波形较规则则应考虑并口可能未工作 ? 检查一下探头尖是否损坏了 ? 建议把用不着的外设都拨掉也有可能从显示器上来的 ? 如果示波器用了很久就要考虑底线是否正常就是那个小夹子。 把探头取下用万用表量一量。 42 要解决抗电源干扰问题想测量总电源的干扰信号串入到弱信号放大器电源的情形。结果即使示波器探头和地连在一起都有干扰信号不管测哪里都一样。干扰信号是音频。这是为什么 答要注意的问题有 ? 示波器的接地问题示波器的机壳和探头的参考地线都是连接地线的因此良好的接地是测量干扰的首要条件 ? 示波器参考地线引入的干扰问题由于普通探头通常都有一段接地线会与待测点构成一个类似环形天线的干扰路径引入比较大的干扰因此要尽量减少这一干扰可以采用的方法是将探头帽拿掉不使用探头上引出的地线而直接使用探头尖端和探头内的地点接触待测点进行测量 ? 使用差分测量的方法消除共模噪声。泰克提供一系列的差分探头比如专门针对小信号的ADA400A可以测量到几百微伏用于高速信号测量的P7350提供高达5GHz的带宽 ? 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集Hi-Res的信号捕获模式可以过滤信号上叠加的随机噪声。 43 在EMC试验中有时候会出现指示表短暂的指示消失现象使用示波器进行检测发现试验过程中示波器有屏幕整个晃动的现象。试验的项目是EFT瞬变脉冲串抗扰度试验如何解释和怎样在试验中消除这种现象 答EFT有时会对示波器造成干扰造成误触发可尝试使用示波器的高频抑制触发模式限制示波器带宽等办法。 44 为什么示波器有时候抓不到经过放大后的电流信号 答如果信号的确存在但示波器有时能抓到有时抓不到这可能和示波器的设置有关系。通常若您可将示波器 触发模式设置成Normal 触发条件设置成边沿触发并将触发电平调到适当值然后将扫描方式设置成单次方式如果这种方式还不行通常仪器可能出了问题。 45 新型数字示波器怎样用于单片机开发呢 答单片机电路开发过程中一般来讲所用的元件和芯片本身都没有问题有问题的往往是他们之间相互通信和预想的不同单片机中常见的总线是SPII2CUSBLINCAN 54621A和54621D示波器本身支持串行信号的触发功能可直接调试串行总线上的通信情况另外若您使用DSP结合MCU开发电路板可能牵涉到软硬件联调这时您可以用54621D的数字逻辑通道连接到控制线或数据、地址线上借以判断在特定的操作条件或子程序运行下电路是否能正常工作。而且其每通道2M点的存储深度非常有助于分析问题的原因观察.