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  • Pico Technology近日推出PicoScope 4000A 系列示波器,再次完美升級

    Pico Technology近日推出PicoScope 4000A 系列示波器,再次完美升級

    一直以來,示波器都是大家的關注焦點之一。因此針對大家的興趣點所在,小編將為大家帶來PicoScope 4000A 系列示波器的相關介紹,詳細內容請看下文。 示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,便於人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束,打在塗有熒光物質的屏面上,就可產生細小的光點(這是傳統的模擬示波器的工作原理)。在被測信號的作用下,電子束就好像一支筆的筆尖,可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線,還可以用它測試各種不同的電量,如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。而就在最近,Pico Technology公司推出了旗下新型基於 PC 的新型 PicoScope 4000A 系列示波器。 Pico Technology 業務發展經理 Trevor Smith 曾談及PicoScope 4000A 系列示波器,大致意思為:“Pico Technology 致力於提供最新的增強型解決方案,而4000A 系列示波器的目標用户則大致可包含8類:需要對致動器、傳感器、振動、音頻、機電信號和電力,以及低速電子傳感器和串行通信進行多通道精確波形測量的人員。” PicoScope 4000A 系列示波器是Pico Technology對產品的一次升級,PicoScope 4000A 系列示波器提供了三個通道型號,分別為2、4、8通道。除此以外,PicoScope 4000A 系列示波器擁有12 位硬件分辨率,最大可達到16位分辨率。在其它方面,PicoScope 4000A 系列示波器的深度捕捉內存、採樣速度、帶寬、SFDR、AWG分別為256 MS、80 MS/s、20 MHz和70 dB。除此以外,PicoScope 4000A 系列示波器還具有超高速 USB 3.0 接口,與主機 PC 實現高達 160 MS/s 的通訊。 PicoScope 4000A 系列示波器可以在PicoScope 6 用户界面上運行,還可以使用免費的使用户能夠針對自定義應用直接編程控制硬件的PicoSDK 軟件開發包。PicoScope 4000A 系列示波器與PicoLog 6 數據記錄軟件的結合,可以很好地捕捉長期低速的數據。 SDK,也就是軟件開發工具包。軟件開發工具包一般都是一些軟件工程師為特定的軟件包、軟件框架、硬件平台、操作系統等建立應用軟件時的開發工具的集合。Pico Technology提供的SDK包含Windows、macOS 和 Linux 的驅動程序。因此,通過SDK,用户可以依據需要編寫自己的軟件。這麼做的好處在於,PicoScope 4000A 系列示波器可以依據具體環境編寫各類自定義應用。 Github已經成為了管理軟件開發以及發現已有代碼的首選方法,是眾多開發人員的青睞之地。同樣,Pico Technology在Github上提供了示例代碼。通過這些示例代碼,用户可以知道PicoScope 4000A 系列示波器如何與Microsoft Excel、MathWorks MATLAB 等第三方軟件包配合使用,並可以學習到如何同目前主流的編程語言實現交互。 PicoScope 4000A 系列示波器屬於數字示波器,那麼除了數字示波器外,示波器還有什麼分類呢?示波器分為數字示波器和模擬示波器。模擬示波器採用的是模擬電路(示波管,其基礎是電子槍)電子槍向屏幕發射電子,發射的電子經聚焦形成電子束,並打到屏幕上。屏幕的內表面塗有熒光物質,這樣電子束打中的點就會發出光來。而數字示波器則是數據採集,A/D轉換,軟件編程等一系列的技術製造出來的高性能示波器。數字示波器一般支持多級菜單,能提供給用户多種選擇,多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲,實現對波形的保存和處理。 通過上面的詳細介紹,希望大家對PicoScope 4000A 系列示波器已經足夠了解了,大家可以針對自己的實際情況考慮是否選用這款示波器。 最後,小編誠心感謝大家的閲讀。你們的每一次閲讀,對小編來説都是莫大的鼓勵和鼓舞。最後的最後,祝大家有個精彩的一天。

    時間:2021-01-18 關鍵詞: 示波器 PicoScope 數字示波器

  • 如何用示波器測量脈衝信號?脈衝信號測量對示波器有何要求?

    如何用示波器測量脈衝信號?脈衝信號測量對示波器有何要求?

    在這篇文章中,小編將對脈衝信號予以介紹,主要在於介紹如何採用示波器測量脈衝信號,並對脈衝信號測量對示波器的要求予以闡述。如果你對脈衝信號以及脈衝信號測量具有興趣,不妨繼續往下閲讀哦。 一、什麼是脈衝信號 脈衝信號是一種離散信號,形狀多種多樣,與普通模擬信號(如正弦波)相比,波形之間在Y軸不連續(波形與波形之間有明顯的間隔)但具有一定的週期性是它的特點。最常見的脈衝波是矩形波(也就是方波)。脈衝信號可以用來表示信息,也可以用來作為載波,比如脈衝調製中的脈衝編碼調製(PCM),脈衝寬度調製(PWM)等等,還可以作為各種數字電路、高性能芯片的時鐘信號。 再來看看另一個脈衝信號定義:相對於連續信號在整個信號週期內短時間發生的信號,大部分信號週期內沒有信號。就象人的脈搏一樣。現在一般指數字信號,它已經是一個週期內有一半時間(甚至更長時間)有信號。計算機內的信號就是脈衝信號,又叫數字信號。 脈衝信號表現在平面座標上就是一條有無數斷點的曲線,也就是説在週期性的一些地方點的極限不存在,比如鋸齒波,也有電腦裏用到的數字電路的信號0,1。脈衝信號,也就是像脈搏跳動這樣的信號,相對於直流,斷續的信號,如果用水流形容,直流就是把龍頭一直開着淌水,脈衝就是不停的開關龍頭形成水脈衝。 二、如何採用示波器測量脈衝信號 以示波器測量1pps脈衝信號(正)脈衝寬度的方法為例,大體步驟如下: 選擇測量通道1,連接1pps脈衝信號,設置阻抗、觸發電平、Analog幅度(縱軸)、Horizontal時間分辨率(橫軸)等參數,然後通過QuickMeas測量1pps脈衝信號的正脈衝寬度。 1、打開示波器,將1pps脈衝信號線纜連接測量通道1上,點亮測量通道1的橢圓形按鈕,點擊AutoScale,下面進行阻抗、觸發電平、Analog縱軸幅度、Horizontal橫軸時間分辨率等參數的設置。 2、點擊屏幕下方第二個按鈕,設置阻抗為50Ω。 3、通過Trigger區域的Level旋鈕將觸發電平設置為700mV。 4、通過Analog區域的第一個旋鈕,將縱軸幅度設置為1v。 5、通過Horizontal區域的第一個旋鈕,將橫軸時間分辨率設置為10us,觀察屏幕顯示為方波。 6、點擊QuickMeas,選擇“正脈衝寬度”,讀取測量值(平均值),如下圖所示,1pps脈衝信號的正脈衝寬度測量值(平均值)為:20.140us。 上面就是小編帶來的採用示波器測量脈衝信號的所有步驟,希望大家有所瞭解。 三、脈衝信號測量對示波器有何要求 對於基帶脈衝信號的測試,有一個參數對示波器的帶寬要求極高,那就是上升/下降時間。如果比較關注上升/下降時間的測試精度,則示波器本身的上升時間一定要儘量小,這就要求帶寬足夠大。 從示波器的角度講,如果要得到良好的觀測效果,當然帶寬越大越好,這樣脈衝有更多的旁瓣會被採集,波形保真度會更好。如果示波器的帶寬不夠,那麼高頻諧波分量就會被抑制掉,從波形上看,快沿變緩了。舉一個極端的例子,如果示波器的帶寬只允許基波通過,則看到的波形就是一個正弦波。 推薦的示波器帶寬至少要能夠包含第1旁瓣,才會得到比較好的測試效果。舉例:基帶脈衝寬度為1ns,則第一零點帶寬為1GHz,如果要覆蓋第一旁瓣,則建議示波器的帶寬為2GHz或者更大。 以上所有內容便是小編此次為大家帶來的有關脈衝信號以及如何採用示波器進行脈衝信號測量的所有介紹,如果你想了解更多有關脈衝信號的內容,不妨在我們網站或者百度、google進行探索哦。

    時間:2021-01-16 關鍵詞: 測量 脈衝信號 示波器

  • 什麼是實時示波器?什麼是採樣示波器?二者有何區別?

    什麼是實時示波器?什麼是採樣示波器?二者有何區別?

    在這篇文章中,小編將為大家帶來實時示波器、採樣示波器以及二者的區別的相關報道。如果你對本文即將要講解的內容存在一定興趣,不妨繼續往下閲讀哦。 一、前言 示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,便於人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束,打在塗有熒光物質的屏面上,就可產生細小的光點(這是傳統的模擬示波器的工作原理)。示波器的分類很多,實時示波器和採樣示波器就是其中兩種。 二、什麼是實時示波器 實時示波器包括觸發ASIC技術,允許用户指定感興趣的事件,例如上升電壓閾值、建立和保持違規或碼型觸發。常規採集模式中,當示波器的觸發電路觀測到這個事件時,示波器將會捕獲並保存在觸發點附近的連續採樣點,並使用已捕獲數據更新顯示屏。實時示波器可工作在單次捕獲模式或連續捕獲模式。在單次模式下,示波器根據存儲器深度和採樣率置,進行單次採集並顯示一組連續樣本。實時示波器有點主要在於:(1)實時示波器可以顯示單次瞬態事件;(2)實時示波器不需要週期的波形;(3)實時示波器可以直接測量週期-週期抖動。 在實時示波器捕獲了單條軌跡之後,用户能夠平移和縮放到任意感興趣的事件。在連續運行模式下,示波器連續採集並顯示每一個與觸發技術指標匹配的條件。可變餘輝或無限餘輝可使多個已捕獲信號覆蓋在初始信號上。連續模式允許用户對被測器件進行實時查看。 三、什麼是採樣示波器 採樣示波器的全名為等效時間採樣示波器,主要針對週期信號測量設計。與實時示波器不同,採樣示波器在每次觸發信號到來時只對數據採樣一次,下次觸發時,在觸發信號後添加一個很小的延遲對信號再進行採樣,直到採樣到一個完整的週期波形。所以採樣示波器在採樣時,必須有一個觸發事件。採樣示波器是一類特殊的數字示波器產品,和其他產品一樣,種類多其,使用也不盡相同,但是為了以較成本實現高帶寬並提高測量精度,一些場合下會用到採樣示波器。 採樣示波器優點在於:(1)不需要高速ADC,可以採用高精度ADC,提高電平分辨率;(2)抖動和本地噪聲較低;(3)可以測量TDR;(4)成本較低。 四、採樣示波器和實時示波器有什麼區別 實時示波器沒有死區時間,也就是説實時顯示信號真實的波形,一般是模擬示波器才可以做到。 採樣示波器有很大的死區時間,即只能抓取30%或更少信號,數字示波器一般都這樣,看波形刷新率。 採樣示波器和實時示波器除了上面的區別外,在噪聲和信噪比方面還具有一定的區別。 採樣示波器和實時示波器有很多不同之處。採樣示波器具有14位ADC和極寬的動態範圍,能夠查看從幾mV至全量程範圍內的信號,無需衰減。因此,採樣示波器在不同的V/格垂直軸設置中保持極低噪聲。實時示波器的動態範圍被限定在8位,但其有效位數約為6位。受限於信噪比,實時示波器必須利用衰減器/放大器以正確地顯示幾mV到幾V的信號。這意味着,實時示波器的噪聲要高於採樣示波器。採樣示波器的低噪聲使其成為測量的“最佳標準”。然而,實時示波器不斷改進,業已開始縮短兩者在信號完整性上的差距。 最後,小編誠心感謝大家的閲讀。你們的每一次閲讀,對小編來説都是莫大的鼓勵和鼓舞。最後的最後,祝大家有個精彩的一天。

    時間:2021-01-16 關鍵詞: 實時示波器 採樣示波器 示波器

  • 開箱!拆解正點原子DS100mini示波器

    出品 21ic論壇  一路向北lm 網站:bbs.21ic.com 2020年的雙十一的時候,下手買了正點原子發佈的DS100mini示波器,主要是小巧,便宜實用,如今距離我收到這個示波器已經很久了,終於有了點時間來一個開箱大拆機! 第一步:假開箱(之前已經開過箱了) 包裝盒美觀大氣,出差攜帶方便,再也不用揹着體積龐大的台式機了! 上半邊是示波器和充電頭,下半邊放着探頭 全部拿出來,讓你一次看個過癮 第二步:開機和簡單功能展示 一鍵開機展示(懷念的 logo ) 大家看一下,很小吧,拿上去可有手感了 看一下探頭,這種探頭用起來也很方便 簡單測試一下,使用示波器自帶的波形發生器輸出了正弦波、方波、三角波、鋸齒波,下面展示一下示波器的波形。 正弦波 方波 三角波 最後來簡單看一下菜單,至於其它的一些功能大家慢慢去玩。 第三步:拆機 重頭戲來了,我不是來研究功能的,我是來搞破壞的,必須要拆機!輕鬆拿下後殼,這款示波器沒有螺絲釘固定,直接就可以拆開。温馨提示:大家在拆機的時候注意力度,最好借用專用的拆機工具,請不要蠻力拆機。 後殼裝有電池,電池體積很大(佔據整個示波器的體積),主要也是考慮待機的時長,設計的很精巧,又想讓馬拉車,又不餵馬草,設計要求示波器要小,又要求示波器待機時間久,真是一個頭疼的問題。 大家關注的電路設計部分來了,我大致分了七部分 第一部分:我沒猜錯的話,這是MCU吧,發佈會的時候説是國產MCU,至於哪一個U,後面再跟大家公佈。第二部分:這個大家知道,是一個Flash,型號是Winbond 25Q128, 容量128Mbit。第三部分:這塊應該是採樣電路部分,使用屏蔽罩子蓋着了,一會我們再拆。第四部分:SWD下載和調試口,這個是MCU的調試接口,不是更新固件的接口哦。第五部分:typeC接口,可以用來更新固件。第六部分:電池接口,可以連接鋰電池。第七部分:蜂鳴器,這可不是電感哦。 現在我把屏蔽罩子拿掉,這個屏蔽罩子很好拿掉,完全用不上風槍,至於為什麼,誰拆誰知道。屏蔽罩子有一個扇熱小片片,為區域3中的一顆芯片散熱,這個就是MXT2088這顆芯片是一個雙通道 8bit高精度ADC轉換器芯片,速率100MSPS ,這裏大家注意注意一下,8bit、100MSPS。此外,區域3中還有三顆模擬多路選擇開關,兩顆八選一模擬開關HC4051,一顆三路二選一模擬開關HC4053;此外還有兩個固態信號繼電器HFD4/3-S,兩個 1 72GM的光耦。 好了,模擬採樣電路部分本人不涉及這麼多,至於MXT2088方案怎麼設計,這個下去大家研究! 好了,終於要解開MCU的面紗了,我早就聽説用的是GD的MCU,果不其然,還真是,型號是GD32F450VET6,誰説國產MCU比不了STM32系列,這就是活生生的例子,GD系列性能不錯,暑假在家裏拆過兩個平衡小車,使用的GD的片子。 好了,今天簡單拆解了正點原子的DS100 mini示波器,給我的感覺就是小巧、精密、便攜、最重要一點:國產化程度高,全身都是國產芯片,不愧是十八月的精心打磨。最後祝願正點原子團隊越來越優秀,做出更多驚豔的電子產品設備,同時也希望國產MCU越來越強勁優秀。拆解稀巴爛的示波器我得敢接裝起來了,為了紀念再放一個屍體圖吧! 本文系21ic論壇網友一路向北lm原創 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2021-01-15 關鍵詞: 正點原子 DS100 示波器

  • Pico Technology今天宣佈推出基於PC的新型PicoScope 4000A系列示波器

    Pico Technology今天宣佈推出基於PC的新型PicoScope 4000A系列示波器

    Pico Technology 今天宣佈推出基於 PC 的新型 PicoScope 4000A 系列示波器,它是對公司高分辨率、深度內存產品系列的第二代升級和擴展。PicoScope 4000A 系列示波器提供 2、4 和 8 通道型號,具有 12 位硬件分辨率(使用分辨率增強功能可達 16 位)、256 MS 深度捕捉內存、80 MS/s 採樣速度的 20 MHz 帶寬、高達 70 dB 的 SFDR 和內嵌 14 位可觸發信號發生器,以及 80 MS/s AWG。超高速 USB 3.0 接口增強了儀器功能,並可與主機 PC 實現高達 160 MS/s 的通訊。 所有型號均可在廣受歡迎的 PicoScope 6 用户界面上運行,並可利用免費 PicoSDK 軟件開發包提供的各種好處,該開發包使用户能夠針對自定義應用直接編程控制硬件。該款示波器還能與 PicoLog 6 數據記錄軟件配合使用,以便用於長期低速的數據捕捉。 “Pico Technology 致力於提供最新的增強型解決方案,不斷滿足工程師、科學家和技術人員提出的新一代需求,” Pico Technology 業務發展經理 Trevor Smith 稱。“4000A 系列示波器的目標用户是需要對傳感器、致動器、音頻、振動、電力和機電信號,以及低速電子傳感器和串行通信進行多通道精確波形測量的人員。” SDK 使用户能夠編寫自己的軟件,以便使用 4000A 系列示波器硬件創建各種自定義應用。其中包括了 Windows、macOS 和 Linux 的驅動程序,使 4000A 系列成為各種 OEM 應用的理想之選。 Pico Technology GitHub 頁面上提供的示例代碼顯示瞭如何與 Microsoft Excel、National Instruments LabVIEW 和 MathWorks MATLAB 等第三方軟件包以及 C、C++、C# 和 Python 等編程語言進行交互的方法。驅動程序支持 USB 數據流傳輸,這是一種可以將 USB 上無間隙連續數據直接捕捉到 PC RAM 或硬盤的模式,速率高達 160 MS/s。捕捉大小僅受 PC 可用存儲容量的限制。 PicoScope 4000A 系列每個型號都提供五年質保。

    時間:2021-01-13 關鍵詞: 信號發生器 PC 示波器

  • 測試測量選用示波器的重要指標有哪些?

    測試測量選用示波器的重要指標有哪些?

    在這篇文章中,小編將對選擇數字示波器作為測試測量儀器的幾個重要指標加以介紹,並對波速測試儀器測試過程中的檢波器的放置過程和信號採集過程予以闡述。如果你對本文內容具有興趣,不妨繼續往下閲讀哦。 一、數字示波器簡介 數字示波器則是數據採集,A/D轉換,軟件編程等一系列的技術製造出來的高性能示波器。它的工作方式是通過模擬轉換器(ADC)把被測電壓轉換為數字信息,它捕獲的是波形的一系列樣值,並對樣值進行存儲,存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止,隨後,數字示波器重構波形。 二、選擇數字示波器作為測試測量儀器的幾個重要指標 在可擴展性、支持的通信標準數量、測試精度、動態範圍和解調帶寬等方面,這些參數都很重要。 另外,示波器的帶寬、採樣率等都是示波器的常見參數。示波器帶寬由於製造與研發技術的發展,使示波器帶寬能夠得到修正和補償。但這些修正和補償未嘗都是好事一樁,有些客户並不希望這些技術帶入到測試中去,他們更需要原始的測試數據,比如雷達實驗。目前泰克在1G~2G全系列示波器家族中,提供純硬件的示波器,示波器帶寬是最真實的。泰克的前端技術可以保證將示波器的硬件前置放大器做的足夠好。採樣率是ADC的指標。捕獲率參數反映的是一個內存管理的(是否能夠在保存的信號中找到所需的信號)的概念。 三、波速測試儀器重點測試過程介紹 (一)檢波器的放置 當井中三分量檢波器在孔內不同深度處接收剪切波時,應將其固定在孔壁上。當使用檢波器作觸發信號時,記時觸發檢波器應置於木板中心。 (二)信號的採集 1)測點間距的選擇 測試時,應使相鄰兩測點間的時差大於記錄上的可讀精度。對於出層一般以每隔1一2米佈置一個測點為宜,並宜自下而上按預定深度進行測試。當有較薄夾層時,應適當調整,使得薄夾層中至少佈置兩個測點。 2)剪切波波形的取得 測試時,應將井中三分量檢波器固定在預定深度,沿木板縱軸方向分別敲擊其兩端,記錄極性相反的兩組剪切波波形。 以上便是小編此次帶來的關於數字示波器作為測試測量儀器的重要指標以及波速測試儀器的全部內容,十分感謝大家的耐心閲讀,想要了解更多相關內容,或者更多精彩內容,請一定關注我們網站哦。

    時間:2021-01-08 關鍵詞: 測試測量 示波器 數字示波器

  • 基帶脈衝信號測試對示波器有何要求?測試測量發展方向

    基帶脈衝信號測試對示波器有何要求?測試測量發展方向

    在這篇文章中,小編將為大家帶來基帶脈衝信號測評對示波器的要求予以介紹,並對目前測試測量設備連接器進化方向予以闡述。如果你對本文即將要講解的內容存在一定興趣,不妨繼續往下閲讀哦。 一、基帶脈衝信號測試 基帶信號指發出的沒有經過調製(進行頻譜搬移和變換)的原始電信號,其特點是頻率較低,信號頻譜從零頻附近開始,具有低通形式。對於基帶脈衝信號,有一個參數對示波器的帶寬要求極高,那就是上升/下降時間。示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,便於人們研究各種電現象的變化過程。 如果比較關注上升/下降時間的測試精度,則示波器本身的上升時間一定要儘量小,這就要求帶寬足夠大,具體選擇方法可參考文章《選擇示波器時的“5倍法則”》。 如果不要求準確測試上升/下降時間,而關注更多的是脈寬、週期、幅度等參數,則應該如何選擇示波器帶寬呢?從示波器的角度講,如果要得到良好的觀測效果,當然帶寬越大越好,這樣脈衝有更多的旁瓣會被採集,波形保真度會更好。 二、測試測量設備進化方向 方向一:更可靠的工作 在耐受機械外力、抵抗熱衝擊、避免EMI干擾、防止雜質侵入等方面,會要求連接器在材料、結構設計、電磁屏蔽、防水防塵設計上考慮更周全。 方向二:更高的互連性能 信號連接器會追求更高的數據傳輸速率,電源連接器則會在載流、耐壓能力等方面更為精進。隨着性能的提升,也會帶來新的挑戰,比如當數據傳輸速率超過了一定的水平之後,信號完整性等就會成為繞不過去的課題。 方向三:更高的連接密度 在不影響互連性能的基礎上,儘可能減小連接器針腳間距、外殼寬度以及堆疊高度,以便在單位空間內最大限度地增加連接密度。 三、何為示波器帶寬 為增進大家對測試儀器示波器的瞭解,下面小編將對示波器帶寬予以介紹。 示波器帶寬是指輸入一個幅度相同,頻率變化的信號,當示波器讀數比真值衰減3dB時,此時的頻率即為示波器的帶寬。也就是説,輸入信號在示波器帶寬處測試值為真值-3dB,帶寬不是示波器能顯示的最高頻率。一般情況下,示波器帶寬應為所測信號最高頻率的3~5倍。 以上便是小編此次想要和大家共同分享的內容,如果你對本文內容感到滿意,不妨持續關注我們網站喲。最後,十分感謝大家的閲讀,have a nice day!

    時間:2021-01-06 關鍵詞: 測試測量 基帶脈衝信號 示波器

  • 砰的一聲,實驗室又炸雞了!

    上午在實驗室幹活,正焊着板子,只聽隔壁桌砰的一聲,然後就見同事王工一臉的恐慌加懵逼,他正在用示波器測試板子,板子一上電,示波器的探頭給炸了,“怎麼會炸呢?”,板子明明沒問題啊,簡單詢問了下,他正在用示波器探頭測量市電整流後的310V電壓,看了下示波器的電源線是3芯帶接地的電源線。 經瞭解,示波器原來的2芯(去掉接地插片)電源線被別人拿走了,王工就隨便拔了旁邊測温儀的3芯電源線接在示波器上用。 而實驗室的插座都是已經良好接地的,這導致了剛才的炸雞事件。 接下來的問題是,為什麼用3芯帶接地的電源線(如下圖)會炸雞呢? 大家都知道,上圖中,普通國標插頭的最上面一個插片是接地線,是接大地的。而市電的零線實際上在發電廠端也是接大地的。 這兩個地的區別為,一個是發電廠的大地,一個是實驗室這個建築的大地。理論上從電位差上來説,可以認為3芯插頭最上面的插片是和零線等同的(實際可能會根據不同負荷由3-10幾伏的電壓差)現在請記住這個判斷結果。下圖簡單畫了個同事用示波器測量板子的示意圖。 那麼示波器按圖中接入待測電路的後,發生了什麼呢?因為3芯電源線最上面的插片是接零線的,當探頭接入待測電路後,交流電的正半周時,電流流向如下圖: 上圖,交流電正半周時,電流流向無異常,市電通過示波器的接地探頭回流到零線,接下來再看看,交流電的負半周時電流流向,如下圖: 因為3芯電源線最上面的插片是同零線等電位的,可以據此畫出上圖的交流電負半周的電流流向,可以看出,市電火零線被短路了,火零線之間只有一個二極管的阻抗。 再加上王工的這塊板子上的保險管被焊錫絲給短接了,所以出現了上面説的炸雞現象。 為了避免這個問題,我們可以用隔離變壓器供電,或者將電源線的接地線給拔掉,但這樣做可能會有以下問題,示波器的金屬部分一般都是和3芯線接地線相連的,當你把3芯線的接地插片給斷開後,如下圖: 因為接地的斷開,兩個Y電容的中點會帶有110V的電壓,因此當人觸摸到示波器的金屬部分會有瞬間被放電的感覺。 最好的方法是使用高壓差分探頭,前提是不差錢。而且上電測量前,如果不瞭解電路的話,最好用萬用表測量下待測電路的地和示波器探頭的地之間有沒有電壓差,如果測量結果不為零,則不能用示波器的地線直接夾在待測電路板上的地。 而且如果這樣做的話,觸摸到示波器的金屬部分會有觸電風險,因為示波器的地線夾和示波器的金屬部分是相連的,一旦地線夾夾在待測電路板上的熱地,示波器的金屬部分同樣會帶電。 交流電源的零線是在變電所接地的,而示波器的探頭和家裏三叉插座的保護地是連通的,家裏的保護地也是連接的大地,大地相當於一個大導體。 也就是説,示波器的探頭的GND是通過大地連接到遠端變電所的零線的。 此時被測設備如果不是隔離的,那麼電流會通過示波器探頭GND流向大地,造成板子或者示波器的損壞。 通過以上圖片就能知道為什麼把示波器插頭的保護地引腳拔出就不會燒板子了。但是這樣不是合理的做法,只能用於應急。 正確的做法還是被測設備用隔離變壓器隔離。 END 作者:喝枸杞論電子 版權歸原作者所有,如有侵權,請聯繫刪除。 ▍ 推薦閲讀 資深工程師分享7種常見二極管應用電路解析 34個動控制原理圖,老電工看了都説好! 學EMC避不開的10大經典問題 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2020-12-23 關鍵詞: 電路板 示波器

  • e絡盟社區啓動聖誕季慶祝活動,分享節日禮物創意

    e絡盟社區啓動聖誕季慶祝活動,分享節日禮物創意

    中國上海,2020年12月21日 – 安富利旗下全球電子元器件產品與解決方案分銷商e絡盟啓動年度工程師與創客心願單活動,為工程師們在聖誕季奉上美好祝福。除節日禮物創意外,e絡盟還將舉辦三場贈禮活動來營造歡樂節日氣氛。社區成員將有機會贏得電路組裝、測試與測量乃至Raspberry Pi終極套裝等三款獎品禮包。同時,e絡盟還將舉辦聖誕節主題設計挑戰賽,邀請社區成員分享聖誕節的重要意義。 2020年聖誕禮物指南包含深受電子設計師們青睞的所有最佳產品,既有送給年輕工程師的温馨小禮,也有送給資深設計師們的精美佳品。眾人期待的e絡盟年度禮物指南由工程師代表們精心挑選,羅列了工程師羣體喜愛的各種好物: 送給年輕工程師的温馨小禮: · Micro:bit及附件:儘管新版micro:bit較難掌握,但備受歡迎的micro:bit 初版仍可購買,能夠極好地引導年輕工程師熟悉編程技術。 組裝原型設計: · 超實用放大鏡:無論您是要焊接温度過高的部件,還是要夾住某一器具,這款放大鏡都能派上大用場。 · Raspberry Pi組件和傳感器套件:無論假期期間您想立即啓動何種物聯網項目,都可在此套件中找到所需組件。 · 絕緣螺絲刀套件:絕緣螺絲刀不僅可以保護工程師的安全,還可以保護設備不受損害。對於高風險環境下工作的工程師來説,絕緣螺絲刀是上好的佳禮。 優質3D打印機 · Multicomp i-20 3D打印機:這款耐用的打印機非常適合想要深入研究並獨特自定義開發3D 項目的創客。 · Creality CR-20 Pro:這是一款具有手動控制功能的高品質基礎版3D打印機,非常適合熟悉3D 打印的創客。 · Ultimaker S5:除ABS和PLA外,這款打印機還能處理可溶性打印材料,適用於有更大開發目標的電子設計師。 除了精心推薦數十種節日好禮,e絡盟還舉辦三場贈禮活動,參與者有機會贏取精美獎品,活動自即日起至12月30日。活動獎品包括: · 測試與測量工具包贈禮活動:參與者有機會贏得手持式數字示波器、手持式數字萬用表、濕度計等產品。 · 電路組裝工具贈禮活動:參與者有機會贏得防靜電腕帶、跳線帶、150W焊台等。 · Raspberry Pi終極禮包贈禮活動:禮包包含最新硬件和多種功能模塊,包括Raspberry Pi 400 入門套件、Raspberry Pi觸摸屏、1230萬像素Raspberry Pi高品質攝像頭等。 此外,e絡盟還發起了聖誕節主題設計挑戰賽,邀請創客們進行創新開發以展示聖誕節對個人的重要意義。設計作品最打動人心的創客將成為獲勝者,可獲得價值約500美元的工具套件,其中包括手持示波器、USB電烙鐵、台式電源、剝線鉗,以及價值400美元的購物券;同時還將額外獲得一張價值100美元的禮品券,可贈與社區同伴以支持其項目開發。 e絡盟社區是全球首個專為工程師創立的專業社區,現有逾75萬名工程師、創客和企業成員。欲查看工程師節日禮物推薦單,並參與贈禮活動,敬請訪問2020年e絡盟工程師與創客心願單。

    時間:2020-12-21 關鍵詞: 電子設備 e絡盟 示波器

  • 查看一下波形

    01 天體搖擺儀 在 天體搖擺儀的工作原理 中介紹了在視頻 神奇的天體搖擺儀 中內部的電路,但是對於該電路工作的原理還存在一定的疑問。心裏想着通過示波器測量對應各點的電壓信號來進一步瞭解和確認它的工作原理。 實在忍不住好奇心,於是就購買一個。這不,下面就是一台從淘寶購買到的搖擺天梯儀底座拆開之後,顯露其中的構造和電路。其中位於底盤中間部分是電磁鐵。 ▲ 搖擺天梯儀的內部電路 電磁鐵直接焊接在底部的驅動電路板上。電路板非常簡捷,與 視頻神奇的搖擺天梯儀 中的電路相比,只是在線圈L1,或者是三極管b-e之間並聯了一個104(100k)電阻。 ▲ 電磁鐵及其驅動電路板 02 電路參數 根據電路板,可以獲得電路原理圖,如下所示圖: ▲ 電路板的原理圖 通過萬用表,LCR以及示波器可以測量電路中各元器件的相關參數。 1.電磁鐵參數 (1)電阻、電感 繞組L1的電阻:R1=2.501kΩ,   電感:L1=740.1mH 繞組L2的電阻:R2=24.78Ω           電感:L2=17.39mH 注:上述測量結果是將三極管T,電阻R1焊下之後,測量的結果。如果三極管沒有焊接,測量電感L1,L2則產生很大的誤差。(L1=4.964mH,L2=10.73mH)。 電感L1的時間常數:T1=0.296ms。 電感L2的時間常數:T2= 0.702ms。 (2)電感同銘端 使用手持LCR表直接測量L1\L2串聯兩端的電感,電感值為890mH左右,比起L1,L2各自的電感值都大,這説明電路上兩個電感線圈的繞向是相同的。 下面是通過對電磁鐵線圈L2兩端((2)端口)施加1kHz的正弦波激勵,然後在L1兩端((3)端口)測量的電壓波形。可以驗證它們是同相的,這也證明了L1,L2的同銘端的位置。 ▲ 測量電感兩端電壓波形 使用萬用表交流檔測量上述兩個波形的電壓如下: V1 = 0.275V V2 = 1.788V 這兩個電壓的比值為:6.502。那麼L1,L2的匝數之比為:5.502:1。 2.三極管參數 將三極管使用 烙鐵 取下,利用 三極管參數測試模塊 測量獲得三極管是NPN型的三極管。在發射極電流為2mA的情況下,三極管的電流放大倍數和b-e間的電壓分別是:318, 0.561V。 3.對外引出線 為了便於測量天體搖擺儀工作時電路各點的波形,通過四芯電纜將電路中的四個節點引出到底座外面,四個線的定義如下圖所示: 4.永磁鐵參數 使用TD8620測量天體搖擺框架下面的永磁鐵的磁場參數: 磁場表面磁鐵N極; 磁場感應強度:邊緣108mT,中心80mT。 ▲ 搖擺框架下面的永磁鐵參數 5.電磁鐵的磁場 在電磁鐵的L2(2-1之間)施加+6V,測量在底座中心所產生的磁場強度。 ▲ 測量電磁鐵在底座上產生的磁場 可以看到如果電路板上的三極管導通,在電磁鐵L2上施加正向電壓,所產生的磁場是N極朝外,對於搖擺儀上的永磁鐵是產生推力。   03 電路波形 1.電磁鐵感應電壓波形 在搖擺儀電路不通電的情況下,擺動磁鐵框架,測量電路(2),(3)處相對於(1)的波形。 ▲ 擺動磁鐵,測量L1,L2感應電壓波形 相對於地線(電路圖中(1)的位置),三極管的發射極(電路中(2)的位置)和基極(電路中(3)的位置)的波形如下圖所示: (1)波形幅度 通過示波器讀取兩個信號的波形峯值:0.28V, 2.5V. ▲ L1L2感應電壓波形 從上述測量結果可以看到,對應的電壓比值為:8.93這個數值與前面通過正弦波激勵所測量的感應電壓比值偏大了。 猜測這個差值是由於線圈本身的分佈電容存在,引起在1kHz下測量電壓的變化。關於這個原因有待進一步測量確認。 (2)波形極性 根據前面2-4, 2-5中測量磁鐵的極性,電磁鐵施加正向電壓時的極性可以知道,當永磁鐵靠近電磁鐵時,增加的磁通量所產生的感應電動勢是“負”的,這樣如果電磁鐵外部兩端是相連的話,感應電動勢引起的線圈電流所產生的磁場正好與永磁鐵所產生磁場抵消,這符合 Lenz’s Law (楞次定理)。 ▲ Lenz's Law 同樣可以分析,當N極永磁鐵遠離底座上的電磁鐵時,電磁鐵感應電動勢為“正”。所產生的感應電流 2.加電後電壓波形 通過直流電源,在電路中 (4)-(1)之間施加6V直流電壓。模擬底座內使用4節5號鹼性電池(總電壓6V)的工作狀態,下面是測量得到三極管的發射極【四方a集運倉電話】。 ▲ 發射極(藍色),基極(青色)電壓波形 上述波形,有的特性在意料之中,也有在意料之外的部分。 首先,當永磁鐵靠近底座電磁鐵時,由於L1,L2上的感應電動勢為負,所以,三極管不導通。 當永磁鐵遠離底座電磁鐵,L1所產生的正向電動勢驅動三極管導通,導通後流過發射極(e)的電流經過L2。此時電磁鐵相當於一個自耦變壓器,感應的電動勢增強了L1的電壓,這個正反饋使得三極管迅速正向飽和。 三極管導通過程在意料之中。那麼為什麼後面會出現若干次截止振盪過程呢? ▲ 發射極(藍色),基極(青色)電壓波形 下面是直接測了三極管b-e之間的電壓,可以顯示出,三極管在永磁鐵運動過程中前期的反向感應電動勢,以及後期導通震盪的過程。 通過波形可以看到,三級管在導通之後幾個毫秒內就馬上進入了一次截止過程。根據2-1-1測量的L2的電感,電阻所獲得的時間常數 0.702ms ,這説明L2在大約幾個時間常數之後,電流趨於穩定,因此,就不會貢獻磁場增量,進而L1中由L2所貢獻的正反饋電壓消失。所以,三極管重新退回到放大狀態。 一旦三極管由飽和狀態退回到放大狀態,首先會引起L2上的電壓下降,進而造成L2電流減少。然後在通過L2-L1之間的電感耦合,形成正反饋,使得三極管迅速轉換到截止狀態。 ▲ 三極管b-e之間的電壓 三極管截止了,但是電磁鐵中的磁通量不能夠發生突變,進而會在L1,L2上產生很大的“負”極性電壓。這個負電壓由L1施加在三極管的b-e之間,導致三極管b-e極反向擊穿,從而完成L1中的電流流動。從上圖可以看到,三極管的b-e反向擊穿電壓大約在 -16V左右。 在b-e反向擊穿電壓的作用下,L1中的電流迅速降低到0,後面L1中的磁場變化又恢復到有充磁鐵的運動做主導,所產生的正向感應電動勢重新時三極管從截止轉換到導通。上面的過程再進行重複。 這個重複過程直到充磁鐵遠離底座,不再產生足夠的感應電動勢使得三極管導通,便停止了。 下圖顯示了三極管發射極(e)對地之間的電壓變化,其中包括有三極管導通時L2上施加的電源電壓(大約6V),三極管截止時,L2中出現的反向感應電動勢。由於L1,L2之間存在着一定的漏感,所以可以看到L2上所產生的反向感應電動勢前期有很大的尖脈衝。 ▲ 三極管e-GND之間的波形 04 工作原理 通過上面分析可以看到,上面的天體搖擺儀在運動過程中,電磁鐵所產生的磁場是在永磁鐵遠離底座的時候對充磁鐵提供了推力,進而將電池所提供的電能部分轉換成了永磁鐵的運動動能。 在這個過程中,電池的能量一部分轉換成了電磁鐵中的磁場能量,通過三極管在截止的過程中釋放在三極管b-e反向導通過程中。 電單車 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2020-12-21 關鍵詞: 電磁鐵 示波器

  • 實用開關電源控制環路設計!

    本文旨在讓初學者能掌握環路設計的基本概念和流程,灌輸設計的理念,因為產品的質量是設計出來的。由於本文只講設計思路和方法,非常具體的環路設計細則不在本文所包括的範圍,請參考其他資料。 1、環路和直流穩壓電源的關係 穩壓電源工作原理 我們需要什麼樣的電源? 2、與環路相關的基本概念 電源系統框圖 Bode圖(由奈奎斯特圖測定穩態裕量是很麻煩的) 穿越頻率和相位裕量,增益裕量 ■ 穿越頻率fc(crossover frequency):增益曲線穿越0dB線的頻率點 ■相位裕量phase margin):相位曲線在穿越頻率處的相位和-180度之間的相位差 ■增益裕量(Gain margin):增益曲線在相位曲線達到-180度的頻率處對應的增益 環路穩定性判據 根據奈奎斯特穩定性判據,當系統的相位裕量大於0度時,此係統是穩定的。 ■ 準則1:在穿越頻率處,總開環系統要有大於30度的相位裕量; ■ 準則2:為防止-2增益斜率的電路相位快速變化,系統的開環增益曲線在穿越頻率附近 的增益斜率應為-1( -20db/10倍頻程) ■ 準則3: 增益裕量是開環系統的模的度量,該變化可能導致曲線剛好通過-1 點。一般需要6db的增益裕量。 備註:應當注意,並不是絕對要求開環增益曲線在穿越頻率附近的增益斜率為必須為-1,但是由於-1增益斜率對應的相位曲線相位延遲較小,且變化相對緩慢,因此它能夠保證,當某些環節的相位變化被忽略時,相位曲線仍將具有足夠的相位裕量,使系統保持穩定。 要滿足上述的3個準則,我們需要知道開環系統所有環節的增益和相位情況,引入傳遞函數,零極點的概念可以很好的分析這個問題。 傳遞函數零點極點 如果輸入和反饋支路是由不同的電阻和電容構成的,則幅頻和相頻曲線將會有許多種形式。 把阻抗Z1和Z2用復變量s(s=jw)表示,經過一系列的數學運算,將會得到傳遞函數。由傳遞函數就可以繪製增益/相位曲線。 通過代數運算,把G(s)表示為G(s)=N(s)/D(s),其分子和分母都是s的函數, 然後將分子和分母進行因式分解,表示成多個因式的乘積,即 G(s)=N(s)/D(s)=[(1+s/2*pi*fz1)(1+s/2*pi*fz2)(1+/2*pi*fz3)]/ [(s/2*pi*f0)*(1+s/2*pi*fp1)*( 1+s/2*pi*fp2)* (1+s/2*pi*fp3)], 分子中對應的頻率fz為零點頻率,而與分母中對應的頻率稱fp為極點頻率。f0稱為初始極點。 零極點頻率引起的增益斜率變化規則 嘗試用零點極點來分析一個Type II補償器 轉折頻率Fz和Fp的設置。 Fz和Fp相距越遠,相位裕量就越大。這樣會使低頻增益減小,降低了抑制低頻紋波的衰減效果。同樣高頻增益增大,就會使高頻窄噪聲尖峯以更大的幅值通過。如果Fz在Fz2而不再Fz1,則在低頻F1的增益是G1而不是G2;如果Fp在Fp2而不再Fp1,則在高頻Fh的增益是G3而不是G4。 低頻增益和紋波的關係 小信號模型 3、常用的補償控制器 常用的補償控制器-Type II 常用的補償控制器-Type III 4、模擬環路設計流程 模擬環路設計流程 1、收集系統參數,例如輸入電壓,輸出電壓,濾波參數等,並確定開關頻率 2、確定功率級的零極點 3、確定穿越頻率和補償器的類型 4、確定所需要的補償器的零極點 5、計算實際的電阻電容參數 設計實例-一個簡單的同步降壓buck電路(電壓型) 步驟1:收集系統參數 步驟2:確定功率級的零極點 由輸出濾波電感和電容引起的雙極點: 由輸出電容RSR引起的零點 從上面的曲線中,我們可以計算出電壓環的穿越頻率: 然後還可以計算出電壓環的相位裕量: 問題:到目前為止開環系統已經是穩定的,還需要設計環路嗎? 步驟3:確定穿越頻率和補償器的類型 根據採樣定理,穿越頻率(fc)必須小於開關頻率的1/2,但實際上穿越頻率必須遠小於開關頻率的1/2,否則在輸出中將會有很大的開關紋波。這裏開關頻率為200k,我們選擇穿越頻率20KHz(1/10開關頻率)。 因為fpo

    時間:2020-11-25 關鍵詞: 開關電源 示波器

  • 是德科技全球分銷商網絡正式開售業界領先的 Infiniium EXR 系列示波器

    是德科技全球分銷商網絡正式開售業界領先的 Infiniium EXR 系列示波器

    2020年11月18日,中國北京——是德科技公司日前宣佈,通過分銷渠道和直銷渠道同步推出新型 Infiniium EXR系列8 通道示波器。是德科技是一家領先的技術公司,致力於幫助企業、服務提供商和政府客户加速創新,創造一個安全互聯的世界。 新型 Infiniium EXR 系列示波器不但功能強大、直觀易用,而且其總體擁有成本也頗具優勢,性能更是可以與 Keysight Infiniium MXR 示波器相媲美。客户可以通過是德科技的全球分銷商網絡來購買該產品。Infiniium MXR 系列和 EXR 系列示波器將多種儀器功能融合到一個平台上,在提高工程設計效率的同時,也為操作帶來了便利。兩個平台均提供了高級的應用軟件和豐富功能,從而讓電路調試、功率測量和遠程協作等變得輕鬆異常。 當今的設計正在變得越來越複雜,專業化主流測試台進行調試和分析所用的基準要求也在不斷提高。新型 Infiniium EXR 系列混合信號示波器(EXR 系列)是專業工程師進行常規調試所需的理想工具。Infiniium EXR 系列和 MXR 系列示波器均配有先進的 ASIC,能夠滿足七種儀器的綜合應用需求,包括示波器、數字電壓表(DVM)、波形發生器、波特圖儀、計數器、協議分析儀和邏輯分析儀。EXR 系列提供最多 8 個模擬通道,這 8 個通道可以與 16 個獨立的數字通道一起,同時以 2.5 GHz 帶寬運行。 EXR 系列具有以下優勢: 功能強大:專業工程師需要強大的工具來測試和分析複雜的設計。Infiniium EXR 和 MXR 系列示波器配有 15.6 英寸高清觸摸屏,以及高級的應用軟件和功能。用户可以使用內置應用軟件和功能強大的高級軟件輕鬆進行測試。Infiniium 應用軟件可以自動執行電源表徵和測量等複雜任務,包括基本測量,以及進行開關損耗、導通電阻、控制環路響應、效率、瞬態響應、衝擊電流、電流諧波和一個週期內功率晶體管損耗等高級的測量和分析。 外觀雅緻:EXR 系列的 15.6 英寸高清觸摸屏還可以把屏幕界面複製或擴展到其他顯示器,從而提高整體測試效率。內置的 Fault Hunter 不僅能對正常信號進行 30 秒的自動分析,還能啓用高級觸發功能,查找罕見或隨機的信號問題。EXR 系列具有一鍵式自動啓動功能,可以幫助發現物理層信號異常,讓用户加快進行設計和故障診斷,實現效率和專業技能的提升。藉助先進的 Infinium Offline 軟件,Infiniium 用户可以隨時隨地展開數據分析。 操作自動:Infiniium EXR 和 MXR 獨有的 Fault Hunter 功能,可以自動對罕見或隨機的信號問題進行檢測。只需按一下按鈕,示波器就會自動分析正常信號,同時啓動高級觸發功能來查找罕見或隨機的信號問題。Fault Hunter 能夠發現物理層的信號異常,從而加快設計進程和故障診斷。 專家支持:Infiniium EXR 系列享有 3 年保修服務,並且內置了 KeysightCare 技術支持。EXR 用户可以訪問資源豐富的是德科技知識庫,輕鬆學習新的測試技術,探索新的探測方法,還可以與專家支持團隊進行交流,快速獲得所需信息。 Infiniium EXR 系列的主要功能: · 賦能設計人員在更多模擬通道和數字通道上同時處理更高帶寬的信號。 · 輕巧型台式設備,融合了多達 7 種儀器的功能;模擬通道數量可從 4 個升級到 8 個,帶寬從 500 MHz軟件 升級到 2.5 GHz。 · 能夠加速對隨機錯誤進行故障診斷,顯著改善測試工作流程,還可通過遠程團隊協作幫助工程師迅速發現問題徵兆、找到根本原因並徹底解決問題,從而加快產品上市速度、降低人工成本。 · 同時提供 8 個模擬通道和 16 個數字通道,使客户能夠對複雜的信號交互開展同步監測和分析,從而獲得對產品設計更加深入、全面的洞察。 · 可以配合 PathWave Infiniium Offline Analysis 軟件,實現功能強大的遠程協作,支持設計團隊在完成實驗室測量後開展後續的離線深入分析和數據處理,從而提高測試效率,獲得更好的測試結果。

    時間:2020-11-18 關鍵詞: 分銷商 是德科技 示波器

  • 讓傳感器數據更直觀之LCD曲線顯示

    前陣子公司有一個基於毒品檢測的項目需要做一個曲線顯示的功能,由於這塊是我的技能短板,因為我之前搞軟件的應用,邏輯,框架,架構設計這塊比較多,而我師弟在底層方面非常精通,所以把這一塊核心的功能交給了我師弟,讓他幫忙來實現基本的庫,然後我基於他的庫完成產品所需要的功能。 又恰好在項目之前,RT-Thread發起了一個基於RT-Thread Nano的Mini示波器DIY的活動,作為RT-Thread社區工作小組一員的我,有幸能看到這個項目從頭到尾的製作過程,也從中學習了LCD曲線數據處理和顯示的一些思想。 活動鏈接如下: 【四方a集運倉電話】一起來做一個基於RT-Thread Nano的Mini示波器吧! 完成曲線顯示大致需要以下三個步驟: 1、數據採集 2、數據處理 3、數據顯示 廢話不多説,咱們先看下顯示效果: 嚴格意義上來説,小熊派這種SPI屏其實不太適合用來刷曲線,首先分辨率太低了,還有就是SPI的速率也不高,如果曲線顯示條件苛刻一點,很容易導致LCD顯示閃屏現象,體驗感非常不好,但是針對傳感器數據顯示我們還是有能力實現的。 於是,我們需要對屏驅動做一些最基本的優化: 1、優化LCD驅動 1、提升刷屏速度 由於要刷曲線,所以只能想辦法儘量提升屏的刷新速度,於是在LCD手冊裏有這麼一個寄存器,可以提升屏的刷新速度: 在LCD驅動初始化代碼裏,這個寄存器默認配置的是60Hz,也就是0x0F這個值 /* Frame Rate Control in Normal Mode */LCD_Write_Cmd(0xC6);// LCD_Write_Data(0x0F); //60HZLCD_Write_Data(0x01);  //111Hz 提升屏的刷新速度 本來設置為0x00為119Hz,但是設置完LCD就黑屏了,改為0x01就不會,目前沒找到具體原因,可能這是屏固件的BUG,暫時將就着用吧;或者有朋友知道的,感謝在留言區分享給我。 2、改用寄存器發送 /** * @brief LCD底層SPI發送數據函數 * * @param   data 數據的起始地址 * @param   size 發送數據大小 * * @return  void */static void LCD_SPI_Send(uint8_t *data, uint16_t size){    for(int i = 0 ; i DR) = data[i];        while(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi2, SPI_FLAG_TXE) != 1) {}    }} HAL庫的HAL_SPI_Transmit函數發送會慢一些,改用寄存器發送會更快。 2、曲線顯示邏輯 要在LCD上顯示曲線,大家可能就會有這樣的疑問: 我的數據可能上千,幾萬這樣,如何轉換成對應屏分辨率的顯示?到底從哪裏開始顯示?怎麼顯示? 有一種比較好的思路,就是定義一個固定長度的數組,每次往數組尾部不斷的更新數據,然後該數據會不斷的往前推,這其實就是我們説的fifo(環形緩衝)隊列,然後定義一個新的備份緩衝區,在這個備份緩衝區裏找到數據的最大值以及最小值,求出針對LCD分辨率的縮放係數,根據計算結果將備份緩衝區用於LCD顯示,這就是根據實際情況進行的縮放,也叫做局部縮放。以下是這個例程的曲線數據結構: #define DATA_SIZE   240/*曲線顯示區域,即相對於LCD的寬度,X軸*/#define PLOT_DISPLAY_AREA_X  51/*曲線顯示區域,即相對於LCD的高度,Y軸*/#define PLOT_DISPLAY_AREA_Y  210#define LCD_X 240#define LCD_Y 240/*曲線處理*/typedef struct{  /*實時曲線數據*/    uint16_t rel_data_data[DATA_SIZE];  /*舊的曲線數據*/    uint16_t old_plot_data[DATA_SIZE];  /*新的曲線數據*/    uint16_t new_plot_data[DATA_SIZE];} plot_data_handler ;extern plot_data_handler plot_handler ; 由於要做到一次性更新避免閃屏,這裏定義了三個緩衝區,rel_data_data用於更新實時數據,old_plot_data為舊的已經處理的顯示數據,new_plot_data為剛剛處理的顯示數據,相當於雙緩衝效果。 3、曲線顯示實現 3.1 數據採樣部分 由於剛開始顯示,曲線的數據緩存是空的,所以我們要做一下初始化,保證曲線能夠直接顯示出來: smoke_value = mq2_sensor_interface.get_smoke_value(&mq2_sensor_interface);for(int i = 0 ; i 

    時間:2020-11-16 關鍵詞: LCD 示波器

  • 爆款獎品:示波器!ADI測試與測量技術交流會 速來!

    1.  小體積低功耗嵌入式電化學傳感器測量模塊 2.  多參數水質測量系統方案 3.  超高精度皮安計模塊 4.  超低失真任意波形發生器和採集模塊 5.  6位半數字電壓表 6.  寬壓大功率SMU   11月16-18日  來參觀世健展會(E5-5408)    即有機會免費獲得超多驚喜禮品   還有機會獲得超高精度皮安計模塊的專享超值優惠券, 我們誠邀閣下蒞臨我們的展位參觀交流! 請點擊文末 “閲讀原文”,獲取免費入場證。      同期,我們還有一場ADI測試與測量技術方案交流會。 2020年ADI測試與測量技術方案交流會    11月16日下午13:00-16:30    上海新國際博覽中心E5論壇區(E5.5400) 來參加交流會,即有機會贏取驚喜大獎 示波器一台 和更多精美禮品。   本次活動的抽獎禮品為SDS1204X-E型號示波器。其中的模擬器件均為ADI的產品,包括最主要的運放和ADC,目前市場售價為每台5680元。        關於世健    亞太區領先的元器件授權代理商   世健(Excelpoint)是完整解決方案的供應商,為亞洲電子四方a集運倉電話包括原設備生產商(OEM)、原設計生產商(ODM)和電子製造服務提供商(EMS)提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。   世健是新加坡主板上市公司,擁有超過30年曆史。世健中國區總部設於香港,目前在中國擁有十多家分公司和辦事處,遍及中國主要大中型城市。憑藉專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗,世健在中國業內享有領先地位。  點擊“閲讀原文”,獲取免費入場證。 ↓↓↓ 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2020-11-10 關鍵詞: 測試測量 示波器

  • 硬貨!超詳細的示波器知識整理彙總

    第一部分 示波器的介紹 示波器的作用 示波器屬於通用的儀器,任一個硬件工程師都應該瞭解示波器的工作原理並能夠熟練使用示波器,掌握示波器是對每個硬件工程師的基本要求。 示波器是用來顯示波形的儀器,顯示的是信號電壓隨時間的變化。因此,示波器可以用來測量信號的頻率,週期,信號的上升沿/下降沿,信號的過沖,信號的噪聲,信號間的時序關係等等。 在示波器顯示屏上,橫座標(X)代表時間,縱座標(Y)代表電壓,(注,如果示波器有測量電流的功能,縱座標還代表電流。)還有就是比較少被關注的-亮度(Z),在TEK的DPO示波器中,亮度還表示了出現概率(它用16階灰度來表示出現概率)。 第二部分  示波器的分類 示波器一般分為模擬示波器和數字示波器;在很多情況下,模擬示波器和數字示波器都可以用來測試,不過我們一般使用模擬示波器測試那些要求實時顯示並且變化很快的信號,或者很複雜的信號。而使用數字示波器來顯示週期性相對來説比較強的信號,另外由於是數字信號,數字示波器內置的CPU或者專門的數字信號處理器可以處理分析信號,並可以保存波形等,對分析處理有很大的方便。   1、模擬示波器 模擬示波器使用電子槍掃描示波器的屏幕,偏轉電壓使電子束從上到下均勻掃描,將波形顯示到屏幕上,它的優點在於實時顯示圖像。 模擬示波器的原理框圖如下: 見上圖所示,被測試信號經過垂直系統處理(比如衰減或放大,即我們擰垂直按鈕-volts/div),然後送到垂直偏轉控制中去。而觸發系統會根據觸發設置情況,控制產生水平掃描電壓(鋸齒波),送到水平偏轉控制中。 信號到達觸發系統,開始或者觸發“水平掃描”,水平掃描是一個是鋸齒波,使亮點在水平方向掃描。觸發水平系統產生一個水平時基,使亮點在一個精確的時間內從屏幕的左邊掃描到右邊。在快速掃描過程中,將會使亮點的運動看起來象一條平滑的曲線。而信號電壓加到垂直偏轉電壓的電極上,效果也是產生了一個移動的亮點,電壓為正將使點向上移動,電壓為負則向下移動,水平偏轉和垂直偏轉電壓配合在一起,就能夠在屏幕上顯示信號的波形。在比較高的速度上,亮點能夠掃描過屏幕達50,0000次/秒,目前最好的通用示波器也不過每秒捕捉40,0000個波形,因此説模擬示波器比數字示波器的實時性要高,是有貨真價實的。 水平掃描和垂直偏轉能使信號的波形圖像能夠顯示到屏幕上,不過觸發系統也是必不可少的,它不僅僅是讓你抓到你需要的波形,還能夠使圖像穩定地顯示到屏幕上,它能使重複的波形能夠在同一個點開始掃描,在屏幕顯示一個乾淨和穩定的圖像。下圖顯示了沒有觸發和觸發的波形:沒有觸發的波形比較亂和在閃動,不穩定,而觸發的波形則非常的穩定和乾淨。 一般來説,使用一個模擬示波器,我們主要需要調整三個基本方面,也就是上面説的三個部分: 信號的衰減或者放大情況:使用volts/div旋鈕,可以調整信號在屏幕的範圍裏面,垂直大小合適。 時基:使用sec/div旋鈕,調整每格代表的時間間隔,可以使信號在水平方向放大或者縮小。 觸發系統:可以調整觸發電平,能夠使波形穩定顯示,或者尋找到我們需要的波形。 當然,調整亮點的大小和亮底,可以使波形顯示達到最佳的顯示效果。 2、數字示波器 一個數字示波器對波形進行採樣,並用AD轉換器將模擬圖像轉換為數字波形,最後將波形重現到屏幕上面。  數字示波器的原理圖如下: 當我們將探頭接到線路上面時,垂直系統控制調整信號的衰減和放大,這個和模擬示波器一樣。接着,在採樣系統中對信號進行模-數轉換(ADC),連續的模擬信號變成了離散的點。水平系統的時基決定了採樣率的水平。比如我們的TDS5054的最大采樣速率為5GSa/s,説明它最快的情況下能夠在每秒鐘採樣5G個點。經過採樣量化的點被存到存儲器裏面,並拼成波形圖。 在數字示波器中,存儲波形點的長度,通常稱為存儲長度。由於處理要求非常快,這些存儲器不是通用的SDRAM,而是專用的高速存儲器,價格比較貴,因此比較便宜的示波器都使用標準配置。觸發系統決定了保存點的開始和結束點的位置。存儲器裏面的波形最後傳送到顯示系統中進行顯示。 為了增強示波器的綜合能力,數據處理是必須的。另外預觸發能夠讓我們能夠看到觸發前的波形情況。 和模擬示波器一樣,使用數字示波器來測試,也需要調整垂直幅度、水平時間間隔和觸發設置。 第三部分 採樣方法 對於比較慢的信號,示波器能夠採到足夠的採樣點來顯示波形,而對於比較快的信號(這裏的快慢是針對示波器的採樣頻率來講的),示波器不能夠採到足夠的採樣點來顯示波形。因此,示波器採樣一般採用兩種方法來對信號採樣,一是實時採樣,二是等效採樣。 1.實時採樣:  一次按照順序來採集採樣點,然後採用計算方法內插一些數據,內插技術是評估用一些點來組成波形是否和原來的圖像的靠近程度,一般的內插技術(waveform interpolation)有線性和sin(x)/x兩種。 如果沒有特別表明的情況下,示波器給出的採樣速率都是實時採樣速率,也就是一次採樣的速率。 實時採樣示意圖如上面所示,它在一次採樣中採儘量多的點,而且都是順序採樣的。由於採樣得到的點是離散的點,而我們顯示一般情況下都是顯示波形曲線(當然也可以用點顯示模式,但是很少用),這就涉及到一個內插的問題,將點還原為曲線,一般有兩種方法:直線連接和曲線模擬,曲線模擬主要使用正弦曲線做擬合,效果分別見下面所示。 2.等效採樣: 每個週期採樣一些點,經過多個週期後將這些點拼起來,就是一個完整的圖,不過這要求波形是週期性的,否則誤差會比較大。等效採樣有兩種方式:一種是隨機採樣,另外一種是順序採樣。 對於那些快速信號,實時採樣可能一次採不到足夠的點,於是就要採用等效採樣,等效採樣只對那些週期性的信號有意義。等效採樣有兩種,一種是隨機採樣,另外一種是順序採樣,隨機的示意圖如下: 由於是週期性的信號,信號在每個週期都是一樣的,隨機採樣就將整個波形分開採 樣,隨機採集信號,經過數個週期,就能夠將一個完整的波形採集完畢,將這些採集點拼起來,就是一個完整的波形了。而順序採樣,就是按照順序來,第一次採1、2、3點,第二次採4、5、6點等,直到將整個波形採集完畢。 無論是哪種等效採樣方式,它們的結果就是提高採樣能力,比如一個實時採樣的速率為1GSa/s的示波器,它使用等效採樣的方式來採樣,每次都用最高的實時採樣速率採集數據,花了10次才將一個波形週期採集完畢,那麼它的等效採樣速率就是10GSa/s,即提高到了10倍。 對於實時採樣,主要表示了單次波形的採集能力,而等效採樣,主要用於週期性的信號的採樣。比如TDS784的實時採樣速率為4GSa/s,而等效採樣速率則高達250GSa/s。 第四部分 示波器的操作與控制 示波器的主要是三個部分,垂直控制、水平控制和觸發控制,除此外,很多數字示波器都提供了“軟鍵”(soft key)控制,通過在示波器的屏幕周圍排放一些鍵,對於屏幕裏面的菜單,這些鍵在不同的菜單中對應不同的項目,因此定義不固定,故稱之為“軟鍵”。因為有了“軟鍵”,很多功能都可以做了進去,比如波形參數的測試、高級觸發方式等。 下圖是Agilent的54800系列的控制面板示意圖,它主要分為三個區,水平控制區、垂直控制區和觸發控制區,此外還有一些其他的設置,包括保存和輸入輸出的的部件等。水平控制可以調整時基的大小,也就是間隔的大小,示波器中,只有一個水平控制鈕,調整它,所有通道的時間間隔都會變。垂直控制區,在這裏是每個通道都有一個,不過有的示波器為了節省面板面積,有時候所有通道共用一個垂直控制鈕,通過另外的按鍵去選擇通道。有關這些細節,實踐一下馬上有印象了,這裏不做更多的描述。最後一個是觸發,這是示波器比較關鍵的部分,因為數字示波器比起模擬示波器,觸發的多樣性是它的一大特點,有關觸發在下一節詳細描述。 第五部分 示波器的觸發 示波器的觸發,相對來説,裏面的玄機就多一點。我們最常使用的是邊沿觸發,比如上升沿觸發或者下降沿觸發。  一般示波器的主要觸發有: 作為熟練的硬件工程師,除了最常用的邊沿觸發模式外,還應該掌握脈衝觸發中的毛刺觸發、矮電平觸發、脈衝寬度觸發,以及單次觸發等,另外如果需要測試時序的話,掌握邏輯觸發也是很有用的。 下面以 TDS5054為例,介紹一下脈衝觸發方式。高級的觸發設置在觸發的菜單中。點擊菜單中TRIG,在下拉菜單中選擇EDGE SETUP,進入如下設置界面。 1、毛刺Glith觸發: 選擇了 毛刺觸發後,就可以在右邊選擇毛刺觸發的類型和寬度,還可以設置電平等。 2、矮電平Runt觸發 2-5-3 矮電平觸發設置-上下界線設置示意圖 設置完畢就可以開始進行測試,見上圖。 3、脈衝寬度Width觸發  在選擇了寬度width後,在下邊選項Polarity選擇脈衝極性,然後在脈衝寬度選項Trig When 中選擇觸發類型(超出設置值還是小於設置值)和設置數值,見下圖,再設定電平,設置完畢就可以開始測試了。 圖 2-5-4 上面幾種觸發,在測試總線和控制信號的異常情況方面,比較有用。 4、單次觸發  單次觸發並非一個獨立的觸發方式,它和其他方式一起使用,只是其他方式可以進行多次的觸發,而單次觸發只會觸發一次就停止了,並將信號顯示出來,比如對於上電的電壓上升的情況、捕獲很少出現的脈衝毛刺等比較有用。 第六部分 示波器的存儲深度 雖然存儲深度是示波器的四大指標之一(分別為帶寬、採樣速率、通道數和存儲深度),但是最後一個指標,廠家通常很少提的,不提並不表示它的重要性,而是他們有意淡化這個問題而已。比如TDS794D的存儲深度,標準配置為每通道50k點。存儲深度和採樣速率的關係是:   存儲深度=最快採樣速率×最大采樣速率時限×500 上面公式中的500是指屏幕上面水平方向有10格,每格是50個點,共500個點。最大采樣速率時限是指,示波器在最快的採樣速率情況下,需要多長時間就可以將存儲器存滿。如果超過此時限,就會溢出了,實際上不會溢出,而是採取降低採樣速率的方法。 例如上面的TDS794D,在標準配置的情況下,如果用最大的採樣速率(4GSa/s)採樣時,它的最大采樣速率時限為25ns,此時時基為25/10=2.5ns/div(注:實際上沒有這個檔,比較説明而已),也就是意味着,如果你將時基調整到2.5ns/div以上時,採樣速率就要降低。大家平時也可能注意到,當我們測試數兆頻率的信號,示波器左上角顯示的採樣速率會遠遠比示波器的最高採樣速率要小。 存儲深度比較大的好處在於,測試比較低速的信號時,能夠以比較高的採樣速率來取樣,也就是能夠看到更多的細節,這就是存儲深度的奧妙所在。  圖2-6-2 顯示了Agilent的54600系列示波器深存儲器的效果。54600系列是Agilent的中低端示波器,一般來説,低端示波器的存儲深度都比較低,比如數k到數十k,但是它配備了每通道深達2M的存儲器,它兼顧了示波器長時間捕獲及高速採樣兩個方面,因此能夠看到波形細節的可能性大大增大。在圖中,每個週期中疊加了1500脈衝,其中有一個失真,示波器就以高亮度顯示,通過放大該亮點,就可以看出脈衝失真的細節來。 值得指出的是,存儲深度和採樣速率都有單通道、雙通道、全通道等的差別。比如794D的採樣速率為4GSa/s,其實它是單通道下面的最高採樣速率,如果開了雙通道,就變成了每個2GSa/s,如果開了三個以上通道,就變成每個通道1GSa/s,同理,在存儲深度也有這樣的情況,就是通道存儲深度。但是這個不是絕對的,有很多例外的情況,如TDS220,廠家標的採樣速率是每通道1GSa/s,而不是所有通道的和,同樣部分示波器標配的存儲器為50k深度,是所有的通道都是50k,這些細節需要查看廠家的手冊才比較明確。還有的694C,也是每個通道採樣速率達10GSa/s,不是所有通道採樣速率的和。 第七部分 示波器的探頭 要測試,示波器就少不了探頭,探頭四個主要的指標為帶寬、輸入電阻、輸入電容和衰減倍數。探頭的分類如圖2-7-1所示。我們最常用的探頭是測試電壓波形的有源探頭和無源探頭。 圖 2-7-1 通用探頭的分類情況 圖2-7-2顯示了探頭的輸入阻抗和帶寬的關係,通常來説帶寬高的探頭,它的輸入阻抗普遍要低。比如同樣是有源探頭的P6204和P6249,帶寬分別為1GHz和4GHz,它們的輸入輸入阻抗分別為10M歐姆和20k歐姆。需要注意的是,阻抗會隨着輸入信號的頻率而變化,比如隨着頻率的升高而減低,它不是一個恆定的數值。 上圖顯示的是一些比較老的探頭的輸入阻抗和帶寬的關係,現在已經有不少提高了。在低端,主要影響的因素是輸入阻抗,而在高端,主要的影響因素不再是輸入阻抗,而是輸入電容。 探頭作為測試信號的連接設備,其輸入電壓是有限制,因此我們使用探頭時需要特別注意探頭的測試範圍。輸入電壓比較高的探頭,它的帶寬也低,反之,帶寬高的探頭,它的輸入電壓範圍比較小。比如有源探頭P6245的帶寬為1.5GHz,它的輸入電壓範圍僅為±40V,而500MHz帶寬的無源探頭P5050的最大輸入電壓為300V。 探頭特別是有源探頭,都需要校準的。一般是利用示波器提供標準的1kHz的信號來校準。圖2-7-3顯示了校準的效果。   圖 2-7-4 探頭的地線效果示意圖 在測試時,我們儘量要使用短的地線和帶寬高的有源探頭。圖2-7-4顯示了一個比較長的地線(如我們普遍使用探頭夾子,長度大約12cm左右),和探頭一起圍成了一個環型迴路,這個迴路,就引入了分佈的電感,這個電感的量級在50-200nH左右,它和探頭的輸入電容一起就形成了一個諧振迴路,在信號的邊沿處產生振鈴。由於這種人為操作的誤差是不能徹底消除,但是我們可以儘量選擇短地線來減少它。 下面是同一個時鐘,使用兩個不同的探頭做比較的結果。  示波器:TEK的TDS580C,1GHz帶寬,4GHz採樣速率。  探頭1:無源探頭P6139,500M帶寬,10M歐姆輸入電阻,8pF輸入電容,10倍衰減,地線比較長,加上夾子大約13cm;  探頭2:有源探頭P6245,1.5GHz帶寬,1M歐姆輸入電阻,1pF輸入電容,10倍衰減,短地線,長約3cm)。  波形2-7-5為無源探頭P6139的測試波形,圖2-7-6為有源探頭P6245的測試波形,從兩個波形看出,無源探頭加長地線的結果是有比較大的過沖,並有輕微的振盪。另外由於反射波的原因,造成上升沿變陡。因此如果要得到比較準確的波形,最好選用帶寬高、輸入電容低的有源探頭,並使用短地線,如果圖方便使用長地線,只會帶來更大的誤差。 圖 2-7-5 無源探頭P6139的測試波形圖     圖 2-7-6 有源探頭P6245的測試波形圖 示波器因為有探頭的存在而擴展了示波器的應用範圍,使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路,如下圖: 圖1示波器探頭的作用 探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面: 其一:因為探頭有負載效應,探頭會直接影響 被測信號和被測電路; 其二:探頭是整個示波器測量系統的一部分,會直接影響儀器的信號保真度和測試結果 一、探頭的負載效應 當探頭探測到被測電路後,探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面3部分: 1. 阻性負載效應; 2. 容性負載效應; 3. 感性負載效應。 圖2探頭的負載效應 阻性負載相當於在被測電路上並聯了一個電阻,對被測信號有分壓的作用,影響被測信號的幅度和直流偏置。有時,加上探頭時,有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻,以維持小於10%的幅度誤差。 圖3探頭的阻性負載 容性負載相當於在被測電路上並聯了一個電容,對被測信號有濾波的作用,影響被測信號的上升下降時間,影響傳輸延遲,影響傳輸互連通道的帶寬。有時,加上探頭時,有故障的電路變得正常了,這個電容效應起到了關鍵的作用。一般推薦使用電容負載儘量小的探頭,以減小對被測信號邊沿的影響。 圖4探頭的容性負載 感性負載來源於探頭地線的電感效應,這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振,從而使顯示的信號上出現振鈴。如果顯示的信號上出現明顯的振鈴,需要檢查確認是被測信號的真實特徵還是由於接地線引起的振鈴,檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線,一般地線電感=1nH/mm。 圖5探頭的感性負載 二、探頭的類型 示波器探頭大的方面可以分為:無源探頭和有源探頭兩大類。無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電。 無源探頭細分如下: 1. 低阻電阻分壓探頭;2. 帶補償的高阻無源探頭(最常用的無源探頭);3. 高壓探頭 有源探頭細分如下:1. 單端有源探頭;2. 差分探頭;3. 電流探頭 最常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下: 表1有源探頭和無源探頭對比 低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負載(1.5GHz),較低的價格,但是電阻負載非常大,一般只有500ohm或1Kohm,所以只適合測試低源阻抗的電路,或只關注時間參數測試的電路。 圖6低輸入電阻探頭結構 帶補償的高阻無源探頭是最常用的無源探頭,一般示波器標配的探頭都是此類探頭。帶補償的高阻無源探頭具備較高的輸入電阻(一般1Mohm以上),可調的補償電容,以匹配示波器的輸入,具備較高的動態範圍,可以測試較大幅度的信號(幾十幅以上),價格也較低。但是不知之處是輸入電容過大(一般10pf以上),帶寬較低(一般500MHz以內)。 圖7常用的無源探頭結構 帶補償的高阻無源探頭有一個補償電容,當接上示波器時,一般需要調整電容值(需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調整,調整時把探頭連接到示波器補償輸出測試位置),以與示波器輸入電容匹配,以消除低頻或高頻增益。下圖的左邊是存在高頻或低頻增益,調整後的補償信號顯示波形如下圖的右邊所示。 圖8無源探頭的補償 高壓探頭是帶補償的無源探頭的基礎上,增大輸入電阻,使得衰減加大(如:100:1或1000:1等)。因為需要使用耐高壓的元器件,所以高壓探頭一般物理尺寸較大。 圖9高壓探頭的結構 三、有源探頭 我們先來觀察一下用600MHz無源探頭和1.5GHz有源探頭測試1ns上升時間階躍信號的影響。使用脈衝發生器產生一個1ns的階躍信號,通過測試夾具後,使用SMA電纜直接連接到一個1.5GHz帶寬的示波器上,這樣示波器上會顯示一個波形(如下圖中的蘭色信號),把這個波形存為參考波形。然後使用探頭點測測試夾具去探測被測信號,通過SMA直連的波形因為受探頭負載的影響而變成黃色的波形,探頭通道顯示的是綠色的波形。然後分別測試上升時間,可以看出無源探頭和有源探頭對高速信號的影響。 圖10無源探頭和有源探頭對被測信號和測量結果的影響 具體測試結果如下: 使用1165A 600MHz無源探頭,使用鱷魚嘴接地線:受探頭負載的影響,上升時間變為:1.9ns;探頭通道顯示的波形存在振鈴,上升時間為:1.85ns; 使用1156A 1.5GHz有源探頭,使用5cm接地線:受探頭負載的影響較小,上升時間仍為:1ns;探頭通道顯示的波形與原始信號一致,上升時間仍為:1ns。 單端有源探頭結構圖如下,使用放大器實現阻抗變換的目的。單端有源探頭的輸入阻抗較高(一般達100Kohm以上),而輸入電容較小(一般小於1pf),通過探頭放大器後連接到示波器,示波器必須使用50ohm輸入阻抗。有源探頭帶寬寬(現在可達30GHz),而負載小,但是價格相對較高(一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右),動態範圍較小(這個需要注意,因為超過探頭動態範圍的信號,不能正確測試。一般動態範圍5V左右),比較脆弱,使用需小心。 圖11有源探頭結構 差分探頭結構圖如下,使用差分放大器實現阻抗變換的目的。差分探頭的輸入阻抗較高(一般達50Kohm以上),而輸入電容較小(一般小於1pf),通過差分探頭放大器後連接到示波器,示波器必須使用50ohm 輸入阻抗。差分探頭帶寬非常寬(現在可達30GHz),負載非常小,具有較高共模抑制比,但是價格相對較高(一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右),動態範圍也較小(這個需要注意,因為超過探頭動態範圍的信號,不能正確測試。一般動態範圍3V左右),比較脆弱,使用需小心。 差分探頭適合測試高速差分信號(測試時不用接地),適合放大器測試,電源測試,適合虛地測試等應用。 圖12差分探頭結構 電流探頭也是有源探頭,利用霍爾傳感器和感應線圈實現直流和交流電流的測量。電流探頭把電流信號轉換成電壓信號,示波器採集電壓信號,再顯示成電流信號。電流探頭可以測試幾十毫安到幾百安培的電流,使用時需要引出電流線(電流探頭是把導線夾在中間進行測試的,不會影響被測電路)。 電流探頭在測試直流和低頻交流時的工作原理: 當電流鉗閉合,把一通有電流的導體圍在中心時,相應地會出現一個磁場。這些磁場使霍爾傳感器內的電子發生偏轉,在霍爾傳感器的輸出產生一個電動勢。電流探頭根據這個電動勢產生一個反向(補償)電流送至電流探頭的線圈,使電流鉗中的磁場為零,以防止飽和。電流探頭根據反向電流測得實際的電流值。用這個方法,能夠非常線性的測量大電流,包括交直流混合的電流。 圖13電流探頭測試直流和低頻時的工作原理 電流探頭在測試高頻時的工作原理: 隨着被測電流頻率的增加,霍爾效應逐漸減弱,當測量一個不含直流成分的高頻交流電流時,大部分是通過磁場的強弱直接感應到電流探頭的線圈。此時,探頭就像一個電流變壓器,電流探頭直接測量的是感應電流,而不是補償電流,功放的輸出為線圈提供一個低阻抗的接地迴路。 圖14電流探頭測試高頻時的工作原理 電流探頭在交叉區域時的工作原理: 當電流探頭工作在20KHz的高低頻交叉區域時,部分測量是通過霍爾傳感器實現的,另一部分是通過線圈實現的。 圖15電流探頭交叉區域的工作原理 四、有源探頭附件 現代的高帶寬有源探頭都採用分離式的設計方法,即:探頭放大器與探頭附件部分分開。這樣設計的好處是: 1、支持更多的探頭附件,使得探測更加的靈活; 2、保護投資,最貴的是探頭放大器(一個探頭放大器可以支持多種探測方式,以前需要幾個探頭來實現);同時探頭附件保護探頭放大器(探頭附件即使損壞,價格也相對便宜); 3、這種設計方式容易實現高帶寬。 圖16探頭附件 這些探頭附件,主要包括以下幾種: 1、點測探頭附件(包括:單端點測和差分點測); 2、焊接探頭附件(包括:單端焊接和差分焊接,分離式的ZIF焊接); 3、插孔探頭附件; 4、差分SMA探頭附件(示波器一般直接支持SMA連接,但是如果被測信號需要上拉如HDMI,則必須使用SMA探頭附件)。 探頭附件的電路結構如下圖所示: 1、在探頭附件尖端部分會有一對阻尼電阻(一般82ohm),這對阻尼電阻的作用是消除探頭附件尖端部分的電感的諧振影響; 2、探頭尖端部分的後面是25Kohm的電阻,這個電阻決定了探頭的輸入阻抗(直流輸入阻抗即電阻:單端25Kohm,差分50Kohm),這個電阻使得被測信號傳輸到探頭放大器部分的功率是非常小的,不至於對被測信號有較大影響。 3、25Kohm的電阻後面是同軸傳輸線部分,這個傳輸線負責把小信號傳輸到放大器。這個傳輸線的長度可以很長,也可以很短,中間可以加衰減器,也可以加耦合電容。 4、同軸傳輸線連接到放大器,放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。 圖17有源探頭附件的結構 有源探頭為了保持探頭的精確度,需要工作在恆温狀態,所以探頭放大器不能放置到高低温箱裏進行高低温環境下被測電路板的測試。從探頭附件結構中可見中間的50ohm傳輸線的長短不影響探測,所以可以用很長的同軸電纜或擴展同軸電纜,讓這個同軸電纜伸進高低温箱裏進行高低温換進下被測電路板的測試。如下圖是N5450A擴展電纜,使用N5381A焊接探頭附件,可以工作在-55°到150°温度範圍。 圖18高低温探頭結構原理 使用N5450A擴展電纜和N5381A探頭附件,使用1169A 12GHz探頭放大器,在-55°和150°環境下的頻響曲線如下圖所示,可見能夠滿足高速信號測試的要求。 圖19高低温探頭在高低温下的頻響 五、探頭及附件準確度驗證 下圖是一個例子:被測信號是一個頻率456MHz,邊沿時間約65ps的時鐘信號,分別使用不同類型的探頭和探頭附件的測試結果。 A圖是使用12GHz的1169A差分探頭和N5381A 12GHz焊接探頭附件的測試結果,幾乎完全復現被測信號; B圖是使用500MHz的無源探頭的測試結果,顯示的信號完全失真; C圖是使用12GHz的1169A差分探頭和較長的測試引線的測試結果,顯示的信號出現很大的過沖; D圖是使用4GHz的1158A單端探頭和較長的測試引線的測試結果,顯示的信號幾乎是正弦波,失真較大。 圖20不同探頭附件測試結果對比 從圖中可見探頭和探頭附件對測試精確度的影響是非常大的,是我們測試高速信號應該重點注意的內容之一。那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢? 驗證探頭和探頭附件需要使用一台脈衝碼型發生器(如:81134A,3.35GHz速率,60ps邊沿的脈衝碼型發生器),如果示波器自帶高速信號輸出功能,也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈衝碼型發生器(如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘:456MHz頻率,約65ps邊沿)。另外,需要同軸電纜和測試夾具(Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具)。測試夾具的外表是地(Ground),裏面走線是信號(Signal),如下圖所示。使用時,通過同軸電纜把一端接到脈衝碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口,另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。 圖21探頭驗證夾具 然後把被驗證的探頭連接到通道2上,探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地(如果是差分探頭,那麼把+端連接到測試夾具的信號線,把-端連接到測試夾具的地上)。 1、如果探頭不接觸信號線,則屏幕上會出現一個原始波形,存為參考波形;2、當用探頭探測信號線時,通道1的波形會發生變化,這個變化後的波形就是被探頭和探頭附件影響後的被測信號;3、這時,連接探頭的通道2會出現一個波形,這個波形是探頭測試到的波形;4、通過對比參考波形,通道1的波形,和連接探頭的通道2的波形,就可以直觀的看出或通過測試參數讀出三者的差別,可以驗證探頭和探頭附件的影響。 圖22探頭驗證連接和原理 下圖是實際驗證的一個例子,圖A把示波器的AUX OUT通過同軸電纜連接到測試夾具,測試夾具的另一端通過SMA-PBNC適配器連接到示波器的一個通道上(此例連接到通道3),把探頭連接到通道1上,此時調整屏幕上的波形,使得出現一個邊沿階躍波形,如圖C所示,並把此波形存為參考波形。如圖B把被驗證探頭和附件點測到測試夾具上,如圖D所示,屏幕上出現3個波形,蘭色的是參考波形,綠色的是受探頭影響後的被測波形,黃色的是探頭顯示的波形,通過測試上升時間參數,過沖參數等,可確認探頭和探頭附件的性能。 圖23探頭驗證實例 第八部分  示波器在使用時要避免的錯誤: 在理想情況下,所有探頭都應該是一條不會對被測設備產生任何干擾的導線,當連接到您的電路時,具有無窮大的輸入電阻,而電容和電感為零。這樣將會精確複製被測信號。但現實情況是,探頭會給電路帶來負載效應。探頭上的電阻、電容和電感元件可能改變被測電路的響應。 每個電路都不盡相同,它們有自己的電氣特性。因此,每次探測設備時,都需要考慮探頭的特性並選擇對測量影響最小的探頭。考慮的範圍包括從示波器輸入端通過電纜到被測設備上特定連接點的完整連接,也包括用於連接到測試點的任何附件或附加導線和焊接。 瞭解在測試中可能遇到的錯誤,以及如何通過更好的操作改進測量。探頭的電氣特性會影響測量結果和電路的工作。採取措施確保這些影響在可接受的範圍內,是成功測量的關鍵步驟。在使用示波器時,常見的錯誤有以下七種:   錯誤 1沒有校準探頭   探頭在出廠的之後都進行過校準,但它們沒有針對示波器前端進行校準。如果它們未在示波器輸入端上進行校準,那麼就無法得到正確的測量結果。    有源探頭   如果有源探頭沒有針對示波器進行校準,在測試時將看到垂直電壓測量結果和上升沿時序(以及可能的一些失真)出現差異。大多數示波器具有參考或輔助輸出功能,還配有操作指南來引導工程師完成探頭校準。   圖 1:發生器輸出和探測到的信號   圖 1 顯示了通道 1(黃色跡線)上的 SMA 電纜和適配器輸入到示波器的 50 MHz 信號。綠色跡線是通過通道 2 上的有源探頭輸入到示波器的同一信號。請注意,通道1 上的發生器輸出為 1.04 Vpp(伏特峯峯值),通道 2 上探測到的信號為 965 mV (毫伏)。另外,通道 1 與通道 2 的偏移高達 3 ms(毫秒),所以上升時間根本不能排成一行。 無源探頭   可以調節探頭的可變電容,使補償與正在使用的示波器輸入完美匹配。大多數示波器都有可以用於校準或參考的方波輸出。探測這個連接,檢查波形是否為方形。根據需要調整可變電容,以消除所有下衝或過沖。 圖 2:經過幅度和偏移校準後   如果校準了這個探頭,結果將大為改善。可以在圖 2 中看到經過適當幅度和偏移校準後的結果。幅度現在改善為972 mVpp,偏移得到了糾正,兩個上升時間保持一致。   錯誤 2 增加探頭負載效應   只要將探頭連接到示波器並將它與待測設備接觸,探頭就會成為電路的一部分。探頭對待測設備施加的電阻、電容和電感負載效應會影響工程師在示波器屏幕上看到的信號。這些負載效應可能會改變被測電路的工作狀態。瞭解這些負載效應,有助於工程師避免為特定的電路或系統選擇錯誤探頭。探頭具有電阻、電容和電感特性,如圖3 所示。 圖 3:探頭的基本電路   為了接觸到周圍環境過於狹小的探測點,可能需要想方設法添加長引線或電線。但是,為探頭添加附件或探針會降低帶寬、增加負載效應,進而導致頻率響應不再平坦。    使用盡量短的引線來保持探頭的帶寬和精度。通常,探針的輸入線或引線越長,帶寬減小得就越大。較窄帶寬的測量可能不會受到太大影響,但在進行較寬帶寬的測量時,特別是在1 GHz 以上時,需要謹慎選擇使用的探針和附件。隨着探頭帶寬降低,您將失去測量快速上升時間的能力。圖 4 演示了隨着附件長度的增加,示波器顯示的上升時間是如何變慢的。為了進行最準確的測量,最好使用盡量短的探針。 圖 4:不同的探頭引線長度對應的探頭負載效應 另外,最好要使用較短的接地引線,因為它們越長,引入的電感就越多。保持接地線儘量短並儘量靠近系統接地點,以便確保可重複和準確的測量。 技巧:如果必須在探針上添加導線才能接觸到難以到達的探測點,那麼最好為探針添加一個電阻,以減弱所添加的導線引起的諧振。添加長引線時,您可能無法解決帶寬限制問題,但可以將頻率響應變平坦。為了確定將要使用的電阻大小,可以探測一個已知方波,例如示波器上提供的參考方波。如果電阻設置正確,您將會看到一個乾淨的方波(除了其帶寬可能受限之外)。如果信號發生振鈴,請增加電阻的大小。單端探頭只需要在探針處增加一個電阻。如果您使用的是差分探頭,請為每根引線添加一個電阻。 圖 5:在探針上增加一個電阻,可以克服長探頭連接所引起的諧振,減少振鈴和過沖。但是,它不能解決由於添加引線導致的帶寬限制   錯誤 3  沒有充分利用您的差分探頭   許多人認為只有在探測差分信號時才使用差分探頭。在探測單端信號時,是否也可以使用差分探頭?其實也是可以的。如果使用的好,這將為測試節省大量時間和金錢,並提高測量的準確性。最大限度地利用差分探頭,獲得儘量最好的信號保真度。 差分探頭可以進行與單端探頭相同的測量,並且由於差分探頭在兩個輸入端上有共模抑制,所以差分測量結果的噪聲大為減少。這使您可以看到被測設備信號的更好表示,而不會被探測所增加的隨機噪聲誤導。 圖 6 中的藍色單端測量信號和圖7 中的紅色差分測量信號。藍色的單端測量結果與紅色的差分測量結果相比,噪聲要多得多,因為單端探頭缺少共模校正功能。   圖 6:單端測量    圖 7:差分測量   錯誤 4 選擇了錯誤的電流探頭   大電流和小電流測量需要捕獲的細節並不相同。工程師要知道為應用選擇哪種電流探頭更合適,以及使用錯誤的探頭可能會遇到哪些麻煩。 大電流測量 如果使用鉗形探頭測量大電流(10A - 3000A),那麼待測設備必須足夠小,使鉗形探頭能夠夾住它。如果設備太大使得鉗形探頭無法夾住,那麼工程師可能會想辦法在探頭鉗夾上添加額外的導線,但這會改變被測設備的特性。更好的辦法是使用合適的工具。 最好的解決方案是使用具有柔性迴路探頭前端的大電流探頭。可以將該柔性迴路纏繞到任何設備上。這種探頭叫做Rogowski 線圈。它可以讓工程師在不添加未知特性元器件的情況下探測設備,使測量結果保持高度的信號完整性。它們還使工程師能夠測量從mA 級到數百 kA 的大電流。請注意,它們只測量交流電流,所以直流分量將被隔離。它們的靈敏度也低於某些電流探頭。這對於大電流測量來説通常不是問題。但是在測量小電流時,靈敏度和查看直流分量的能力就變得很重要。請記住,對一種測量有效的方式並不一定適用於另一種測量。   圖 8:纏繞到元器件上的 Rogowski 探針   小電流測量   如果測量電池供電設備的電流,則動態範圍會有很大差異。如果電池供電設備處於空閒狀態或僅處理少量後台任務,其電流峯值會很小。當設備切換到更為活躍的狀態時,電流峯值會大幅提高。使用垂直標度較大的示波器設置,工程師可以測量大信號,但小電流信號將被測量噪聲掩蓋。另一方面,如果您使用較小的垂直標度設置,那麼大信號會削波,測量結果也將失真並失效。 選擇的電流探頭應該不僅能夠測量從 μA 到A 的寬量程,還可以使用多個放大器同時查看大小電流偏差。探頭中的兩個可變增益放大器允許您設置放大視圖以查看小電流波動,還可以縮小視圖以同時查看大電流尖峯(參見圖9)。   圖 9:配有兩個可變增益放大器的電流探頭讓您可以一次同時查看大小電流偏差   錯誤 5 在紋波和噪聲測量期間會錯誤地處理直流偏置   直流電源上的紋波和噪聲是由較大直流信號上的小交流信號形成的。當直流偏置較大時,可能需要在示波器上使用較大的每格電壓設置才能在屏幕上顯示信號。與小交流信號相比,這樣做會降低測量的靈敏度並增加噪聲。這意味着在測試時無法獲得信號交流部分的準確表示。 如果使用隔直流電容器來解決這個問題,那麼將不可避免地阻隔部分低頻交流內容,使工程師無法觀察到信號在經過設備上的元器件時發生的變化。 使用具有較大偏置功能的電源探頭,可以將波形置於屏幕中間,而無需移除直流偏置。這樣可以讓整個波形都顯示在屏幕上,同時保持垂直標度較小且處於放大狀態。通過這些設置,還可以查看瞬態、紋波和噪聲的細節。   錯誤 6 未知的帶寬限制   在進行重要測量時,務必選擇具有足夠帶寬的探頭。帶寬不足會使信號失真,使工程師很難做出明智的工程測試或設計決定。 普遍接受的帶寬計算公式為:評測從 10% 到90% 的上升沿時,帶寬乘以上升時間等於 0.35。  BW x Tr = 0.35 值得注意的是,整個系統帶寬也是需要考慮的重要因素。探頭和示波器的帶寬都要考慮,從而確定系統帶寬。 例如,假設示波器和探頭帶寬均為 500 MHz。使用上面的公式可知,系統帶寬將為353 MHz。可以看到,與探頭和示波器的兩個單獨帶寬相比,系統帶寬大大降低。 現在,如果探頭帶寬僅為300 MHz,示波器帶寬仍為500 MHz,那麼應用上述公式,系統帶寬進一步降至 257 MHz。    錯誤 7 被掩蓋的噪聲影響   探頭和示波器的噪聲可能會導致被測設備的噪聲顯得更大。為工程師的應用選擇具有合適衰減比的探頭,將會減小探頭和示波器所添加的噪聲。因此,工程師就能夠獲得更準確的信號,更清晰地查看被測設備的情況。   圖 10:使用 1:1 和 10:1 探頭測得的 50mVp-p 正弦波   許多探頭製造商將探頭噪聲描述為等效輸入噪聲(EIN),並以Vrms 為單位表示。較高的衰減比使您可以測量較大的信號,但缺點是示波器將檢測到這些比率並同時放大信號及其噪聲。為了瞭解這一效應的實際結果,圖10 中的綠色跡線顯示了使用 10:1 探頭放大後的噪聲。 -END- 來源:硬十 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2020-10-28 關鍵詞: 科學儀器 示波器

  • 使用最新一代示波器進行EMI調試應用指南

    引言 EMI/EMC 法規幫助保證電氣和電子設備用户能夠可靠操作,同時確保用户的人身安全。這些法規限定了允許的放射輻射,為了使產品保持在這些限制範圍內,設計人員投入了大量的時間和工作。本應用指南描述了可以用來確定不想要的輻射源的多種技術,特別是在通過成形測試或預一致性測試確定超限條件後。 許多公司採用專門的測試機構服務,來執行EMI/EMC 認證要求的實際一致性測試。測試機構可能屬於一家外部公司 (“測試機構”) 或內部 EMC 部門。大多數工程師採用優秀的設計慣例,最大限度地減少發生 EMI/EMC 問題的可能。即使有了準確的 EMI/EMC 仿真包,當前通常仍在設計和原型階段執行“預一致性測試”測量,也就是在產品發出進行一致性前,以識別和解決潛在的 EMI/EMC 問題。這些技術減少了產品在測試機構不能通過最終全面一致性測試的風險。 市場上有各種測試儀器調試技術,可以有效地找出影響一致性測試結果的輻射來源。在許多情況下,擁有時間相關RF測量功能的示波器,比 如 泰 克 4、5 或 6 系 列 MSO 及 SpectrumView 或 MDO4000 及其集成頻譜分析儀,可以大大加快調試速度。在其他情況下,實時頻譜分析儀如泰克 RSA306B,可以縮短找到根本原因的道路。本應用指南將考察其中部分調試方法。 如果產品未能通過一致性測試會怎麼樣? 即使在採用了良好設計,選擇了優質元件,花時間認真表徵產品之後,仍可能會出現 EMI 問題!圖 1 表明有一個峯值超出了這一特定標準的極限。正常情況下,我們在報告中還將獲得表格方式的信息 ( 圖 2)。 圖 1. 這份 EMI 測試報告顯示在 50 MHz 周圍發生問題。 圖 2. 這些數據顯示了圖 1 中在 49.9724 MHz 處發生問題,但這些數字無法令人相信其是精確的來源頻率。 理解 EMI 報告 乍一看,下面這樣的 EMI 報告似乎提供了與某個頻率上的問題有關的簡明信息。確定設計的哪個部分在該源頻率上運行,然後應用一些衰減以通過測試,這應該是一件簡單的事。在篩選設計,努力確定問題來源之前,必須瞭解測試機構怎樣生成這份報告。 圖 1 和圖 2 中的報告顯示了測試頻率、測得幅度、校準後的校正係數及調節後的場強。調節後的場強與規範進行對比,確定裕量或超出量。儘管報告中明確給出許多測試條件,但要考慮的某些重要事項可能還不是太明顯。 頻率範圍和測試點數:測試報告中給出的頻率根本不可能恰好就是 EMI 源的頻率。頻率範圍和測試點數可以幫助確定一致性測試頻率可能是 EMI 源實際頻率的接近程度。據國際無線電干擾特別委員會 (CISPR),在執行放射輻射測試時,必須根據頻率範圍,使用不同的測試方法。每個範圍都要求具體的解析帶寬濾波器和檢測器類型,如表 1 所示。 頻率範圍決定着濾波器帶寬,進而決定着解析關心的具體頻率的能力。 表 1. CISPR 測試要求隨頻率範圍變化,影響着頻率分辨率 檢測器類型:一般來説,測試機構要先完成峯值檢測,因為完成這項測試所需的時間最少。由於檢測器的特點 ( 參見側欄“常見的峯值檢測類型”),完成準峯值(QP) 掃描所需的時間要多得多。準峯值檢測採用測量加權,把更多的重點放在從廣義角度被理解為更“討厭”的信號上,因此檢測器類型可能會掩蓋輻射信號的絕對幅度。 方位角 / 距離:在執行掃描時,被測器件 (UUT) 可以放在轉桌上,從而可以從多個角度收集信息。這個方位角信息相當有用,因為它表明問題來自 UUT 的哪個區域。 EMI/EMC測試機構將在經過校準的RF艙中進行測量,作為場強指標報告測量結果,這使情況進一步複雜化。幸運的是,您不需要一模一樣地複製測試機構的情況,就能調試 EMI 測試失敗。在調試時,並不用使用高度受控的 EMI 測試機構中執行的絕對測量,而是可以使用測試報告中的信息,很好地瞭解生成報告使用的測量技術,在 UUT 周圍進行相對觀察,隔離輻射源,衡量補救效果。 常見的峯值檢測類型 可以使用簡單的峯值檢測器進行 EMI 測量。但 EMI部門或外部測試機構會根據應用的標準,來使用準峯值 (QP) 檢測器,因此您可能會想是否也需要準峯值檢測器。 EMI 部門或外部實驗室在開始測試時,一般先使用簡單的峯值檢測器執行掃描,找到超過或接近規定極限的問題區域。對接近或超過極限的信號,他們會執行準峯值測量。準峯值檢測器是 EMI 測量標準規定的一種專用檢測方法。它檢測信號包絡的加權峯值 ( 準峯值 )。它根據信號峯值電平、持續時間和重複速率,來確定信號權重。信號發生頻率越高,與發生頻次低的脈衝相比,準峯值測量權重越高。使用準峯值檢測器的缺點在於,它要求外部駐留時間,因此要求的時間明顯要高於峯值檢測器。正因如此,設計人員最經常的重點是準峯值檢測器,以找到潛在問題或關心的頻率。 圖 3 顯示了來自 RF 信號發生器的一個恆定幅度的連續波 (CW) 信號。由於信號是連續的,持續時間和重複速率或信號不相關,但結果相同。在實踐中,峯值掃描可以顯示極限附近一個點,但準峯值掃描可能會由於持續時間短或信號稀少而產生低於極限的結果。 圖 3. 連續波 (CW) 信號峯值檢測和準峯值檢測對比,包括圖形格式和表格格式。圖形使用 EMCVu 預一致性測試軟件和泰克 RSA306B 頻譜分析儀生成。 準峯值結果一直小於等於峯值檢測,而永遠不會大於峯值檢測。因此為了節省時間,EMI 調試和診斷中可以使用峯值檢測。您不必準確到 EMI 部門或實驗室掃描的水平,因為一切都是相對的。如果實驗室報告顯示設計高出 3 dB,峯值檢測高出 6 dB,那麼就應該進行修復,把信號降低 3 dB 或以上。 本應用指南中描述的示波器推薦用於針對性調試,其中採用了峯值檢測器。對預一致性測試掃描,RSA306B、RSA500、RSA600 和 RSA5000 實時頻譜分析儀及 EMCVu EMC 預一致性測試軟件支持使用準峯值檢測器進行 CISPR 或 FCC 放射輻射和傳導輻射掃描,同時也支持峯值檢測器。如需進一步信息,請參閲電磁干擾 (EMI) 和電磁兼容性 (EMC)。 我從哪裏入手? 我們從 EMI 角度考察任何產品時,整個設計都可以視為一個能量來源和天線的集合。為識別EMI問題來源,我們必須先確定能量來源,然後找出這個能量是怎樣被放射的。EMI 問題的常見來源 * 包括: ● 電源濾波器 ● 地面阻抗 ● 信號迴路不足 ● LCD 輻射 ● 元器件寄生信號 ● 電纜屏蔽不良 ● 開關電源 (DC/DC 轉換器 ) ● 內部耦合問題 ● 金屬化箱體中的 ESD 雖然上面這個清單列出了 EMI 的部分常見來源,但肯定是不全的。為確定某塊電路板上的能量來源,工程師通常會使用近場探頭。在使用這類探頭時,我們必須記住信號傳播的基礎知識。 為確定特定來源及特定 EMI 問題核心的放射結構,我們可以考察被觀察信號的週期性和一致性。 週期性: ● 信號的 RF 頻率是多少 ? ● 是脈衝式的還是連續的 ? 可以使用基礎頻譜分析儀監測這些信號特點。 一致性: ● UUT 上哪個信號與 EMI 事件一致 ? 業內通常使用示波器探測 UUT 上的電信號。 考察 EMI 問題與電氣事件的一致性,無疑是 EMI 診斷中耗時最長的流程。過去,一直很難以有意義的方式,把來自頻譜分析儀的信息與來自示波器的信息關聯起來。4、5 和 6 系列 MSO 示波器上的 Spectrum View功能 ( 參見側欄:“Spectrum View”) 不再需要同步多台儀器來進行 EMI 調試。 近場測量與遠場測量 圖 4 顯示了近場和遠場的行為,以及兩者之間的過渡區。我們可以看到,在近場區域,場可以從以磁場為主變成以電場為主。近場測量用於調試,因為它們允許設計人員確定能量來源,無需專門的測試站就可以執行。在遠場測量中,磁場與電場之比基本上是恆定不變的。 圖 4. 距信號源的距離,其中近場到遠場的區域變化與信號波長成正比 ( 與頻率成反比 )。 圖 5. 遠場測量不僅依賴近場中能夠觀察到的活動,還依賴其他因素,如信號源、天線增益和測試條件。 但是,一致性測試是在遠場中執行的,從近場測量中預測遠場能量水平可能會很複雜。這是因為遠場信號的強度不僅取決於信號源的強度,還取決於放射機制及可能採用的任何屏蔽或濾波。根據經驗,我們要記住,如果我們能在遠場中觀察到一個信號,那麼我們應該能夠在近場中看到相同的信號。然而,我們可能會在近場中觀察到一個信號,但在遠場中卻看不到這個信號。 圖 6. 構成信號的變化的電壓和電流產生電場和磁場。 近場探測 儘管一致性測試程序旨在生成絕對的經過校準的測量數據,但調試大部分是可以使用相對測量來執行的。 近場探頭本質上是天線,旨在撿拾磁場 (H Field) 或電場 (E Field) 變化。一般來説,近場探頭不會帶有校準數據,因為其響應與探頭到 UUT 和信號源的距離和方向高度相關,所以其本意是進行相對測量。 磁場探頭 磁場探頭採用不同的環路設計,環路平面應與電流流動方向成一直線,這樣環路就會與通量的磁場線相交。這樣,在搜索輻射時,探頭的位置通常令環路平面與電路板表面平行。環路尺寸決定着靈敏度以及測量區域,因此在使用這些探頭類型隔離能量來源時必須注意。近場探頭套件通常包括各種不同的尺寸,因此可以使用慢慢縮小的環路,來縮窄測量區域。磁場探頭都非常擅長識別電流相對較高的來源,如: ● 低阻抗節點和電路 ● 傳輸線 ● 電源 ● 端接的導線和電纜 圖 7. 使磁場探頭與電流流動方向成一直線,令磁場線穿過環路。 電場探頭 電場探頭作為小型單極天線,對電場或電壓變化作出響應。在使用這類探頭時,必需讓探頭與測量平面保持垂直。在實踐中,電場探頭特別適合集中在特別小的區域,確定電壓相對較高的來源及沒有端接的來源,如: ● 高阻抗節點和電路 ● 未端接的 PCB 軌跡 ● 電纜 圖 8. 實際應用中的磁場探頭,説明了調試使用的方向。 圖 9. 令電場探頭與導體垂直,以觀察電場。 在低頻率上,系統中的電路節點阻抗可能變化很大,因此要求瞭解電路或實驗,確定磁場探頭或電場探頭是否會提供最高的靈敏度。在較高頻率上,這些差異會很大。不管是哪種情況,進行重複的相對測量都具有重要意義,這樣您才能相信準確表示了實施的任何變化導致的近場輻射結果。最重要的考慮因素是,對於每項實驗變化,近場探頭的位置和方向要一致。 Spectrum View:全新的頻域分析方法 4、5 和 6 系列 MSO 能夠查看模擬信號特點、數字定時、總線事務和同步的頻率頻譜。 Spectrum View 採用下一代 ASIC 技術,較傳統 FFT方法更好地解決了 RF 測量挑戰,包括: ●  可以使用用户熟悉的頻譜分析控制功能 ( 中心頻率、頻寬和 RBW) ●  可以獨立優化時域顯示畫面和頻域顯示畫面 ●  改善頻譜顯示畫面的更新速率 ●  明顯改善頻域中可以實現的頻率分辨率 ●  可以在波形視圖和頻譜視圖中同時查看信號,而不用分開信號路徑 ●  可以簡便地考察頻域視圖怎樣隨時間變化及在整個採集中變化 ●  可以使用 RF 相對於時間觸發功能,簡便準確地關聯時域事件與頻域事件 泰克 MDO4000 系列提供了類似的功能,但由於有一個專用頻譜分析儀輸入,所以增加了頻率範圍和動態範圍。然而,與 4/5/6 系列 MSO 相比,頻譜分析儀輸入只能用於 RF 分析。3 系列 MDO 還提供了一個內置頻譜分析儀,可以用於 RF 分析,但不能同時採集或查看頻率頻譜和時域波形。 圖 10. Spectrum View 可以在同一個屏幕上查看時間、頻率和幅度,併為每個域提供唯一的測量數據。 圖 11. 數字下變頻器採用定製 ASIC,通過泰克 4、5 和 6系列 MSO 中的獨立控制功能,同時查看波形和頻譜 案例分析:確定信號特點和一致性,確定輻射源 本案例分析將演示收集證據隔離 EMI 來源的過程。在對一種小型微控制器進行 EMI 掃描時,我們發現超限問題,140 MHz 中心周圍似乎有一個寬帶信號。我們使用 6 系列 MSO 上的 Spectrum View( 圖 12),把一隻磁場探頭連接到 RF 輸入上,從而可以確定能量來源的範圍。 圖 12. 測試設置在混合信號示波器上把模擬電壓相對於時間關係波形與獨立可調節的頻譜分析軌跡結合在一起。 確定磁場探頭的方向很重要,環路平面要與被評估的導體成一直線,這樣環路的位置可令通量的磁場線穿過通量。圍着 PCB 移動磁場探頭,可以確定能量來源的範圍。選擇一個孔徑更窄的探頭,就可以把搜索重點縮小到更小的區域內。 一旦確定潛在能量來源位置,就可以使用 RF 幅度相對於時間軌跡 ( 圖 13) 收集更多的信息。這條軌跡顯示頻寬中所有信號的積分功率相對於時間關係。在圖13 中,可以清楚地看到一個大的重複脈衝。在採集的記錄長度中移動頻譜時間,現在可以看到EMI事件(即以 140 MHz 為中心的寬帶信號 ) 與大脈衝直接對應。為測量脈衝重複週期,可以啓用測量標記,直接確定週期。這時,通過 Spectrum View,可以簡便地觀察瞬態輻射的持續時間和重複間隔。這些信息可能已經足以幫助設計人員確定原因,但我們還可以把這項調試工作再推進一步。 圖 13. 中心軌跡是來自磁場探頭的時域波形。頻譜視圖 ( 頂部 ) 提供了與波形 ( 橙色圈中 ) 下面藍色塊指明的頻譜時間對應的頻率成分。RF 幅度相對於時間關係軌跡 ( 底部 ) 顯示了一個重複的 RF 突發。 為積極識別 EMI 來源,現在要使用 6 系列 MSO 示波器上的另一條通道。保持相同的設置,現在可以啓用示波器的通道 1,瀏覽 PCB,查找與 EMI 事件一致的信號源。 在使用示波器探頭瀏覽信號一會兒後,我們找出了圖 14中的信號。在示波器顯示屏上,可以清楚地看到,我們連接到示波器通道 1 的信號可以與 EMI 事件直接關聯。這時,通過使用 4/5/6 系列 MSO 中的 RF 相對於時間觸發功能,在確認存在一致的通道 1 信號行為後在 RF 相對於幅度通道上建立觸發,可以在更長的時間週期內在實時採集中迅速確認輻射源特點。( 圖 15) 圖 14. 使用無源探頭在通道 1(yellow) 上探測信號,發現一個與 RF ( 青色 ) 相關的信號。 圖 15. 在輻射 RF 能量上觸發 RF 幅度相對於時間關係,觀察一致的電氣事件。 總結 未能通過 EMI 一致性測試可能會使產品開發時間表陷入險境。然而,本文列出的調試技術可以幫助您隔離能量來源,從而可以制訂補救計劃。高效調試要求瞭解一致性測試報告及一致性測試和調試怎樣採用不同的測量技術。一般來説,它需要查找相對較高的電磁場,確定其特點,把場行為與電路行為關聯起來,確定輻射來源。 -END- | 整理文章為傳播相關技術,版權歸原作者所有 | | 如有侵權,請聯繫刪除 | 【四方a集運倉電話】PCB設計中避免出現電磁問題的6個技巧 【四方a集運倉電話】PCB疊層設計,就這麼做! 【四方a集運倉電話】七大步驟教你確定PCB佈局和佈線! 【四方a集運倉電話】看呆!技術宅在家這麼玩PCB! 【四方a集運倉電話】必看!什麼是PCB迴流?又該如何解決? 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2020-10-28 關鍵詞: 科學儀器 示波器

  • 必看!100個示波器基礎知識問答

    1. 對一個已設計完成的產品,如何用示波器經行檢測分析其可靠性? 答:示波器早已成為檢測電子線路最有效的工具之一,通過觀察線路關鍵節點的電壓電流波形可以直觀地檢查線路工作是否正常,驗證設計是否恰當。這對提高可靠性極有幫助。當然對波形的正確分析判斷有賴於工程師自身的經驗。 2. 決定示波器探頭價格的主要因素是什麼? 答: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,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)。 3. 一般的安捷倫示波器探頭的使用壽命有多長時間?探頭需不需要定期的標定? 答:示波器的探頭壽命不好説,取決於使用環境和方法。標準對於探頭沒有明確的計量規定,但是對於無源探頭,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。 4. 什麼是示波器的實時採樣率? 答:實時採樣率是指示波器一次採集(一次觸發)採樣間隔的倒數。據瞭解,目前業界的最高水平是四個通道同時使用。 5. 什麼是示波器的等效時間採樣? 答:等效時間採樣指的是示波器把多次採集(多次觸發)採集到的波形拼湊成一個波形,每次採樣速率可能很慢,兩次採集觸發點有一定的偏移,最後形成的兩個點間的最小採樣間隔的倒數稱為等效採樣速率。其指標可以達到很高,如 1ps。 6. 什麼是功率因數?如何如何測量? 答:功率因數:在直流電路里,電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里,電壓乘電流是視在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)將小於視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數,以 COSΦ表示,其實最簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差,得出的結果就是功率因數。 7. 如何表達和測試功率密度? 答:功率密度就是單位體積裏的功率,一般電源裏用 W/in3。 8.有無辦法利用示波器測出高頻變壓器或電感磁芯的工作情況? 答:TEK 推出的功率測試方案裏就有一項功能——B-H 曲線的分析,它能反應磁芯的工作狀態,還能測出動態電感值,並得出磁芯損耗。 9. 開關電源的噪聲有多種如佈線不合理引起的交叉干擾、電感漏磁、二極管反向尖峯...等引起噪聲 ,如何用示波器鑑別? 答:TEK 的 TDS5000 示波器上有頻域分析、分析噪聲的頻率段就能分析出噪聲的種類,才好用相應的處理方法。示波器只能提供數據分析和波段形顯示。 10. 用力科示波器怎樣可以測試到開頭電源的幅射? 答:開關電源存在幅射干擾,一般做法是設法探出干擾源,然後再去屏蔽它。用示波器可以傅立葉變換的功能分析其頻率成份構成,根據頻率範圍,從而判斷干擾的種類。 11. 在反激式電源設計過程當中,經常會因為變壓器漏感大,而使變壓器的轉換效率降低,繞制時採用初級中間夾繞次級的方式仍然不大理想。變壓器繞制有什麼技巧嗎? 答:將大功率的輸出繞組繞在裏面,儘量靠近原邊,加強偶合。 12. 有沒有能分析開關損耗的示波器? 答:泰克的電源測試系統即 TDS5000 系列數字熒光示波器加上 TDSPWR2 功率分析軟件就可以輕鬆的分析開關損耗以及每週期的功率損耗甚至包括 RDS ON。 13. 示波器能否進行傅立葉分解? 答:現代數字示波器大多具有 FFT 功能,其中上述系統甚至可以按 EN61000-3-2 標準對電流諧波進行預測試。 14. 示波器能否進行濾波處理?如對 PWM 波進行低通濾波? 答:TDS5000 可以進行 20MHz,150MHz 低通濾波,還可以進行一種稱之為高分辨率採集的數字低通濾波,在此種模式中採樣點的垂直分辨率可從 8bits 提高到 12bits,上述系統可以輸出像比如 PWM 這樣的信號按照脈寬變化的趨勢的類似正弦波波形。 15. 使用數字示波器時,對 B 觸發和觸發電平的設置與被測信號有什麼原則? 答:泰克的示波器支持 A,B trigger 功能,簡單説就是可以雙事件序列觸發,當選擇 A-B seq 時,A事件作為主觸發,配合 B 事件捕獲複雜的波形。觸發方法為 A 事件 arm 觸發系統,當定義的 B 事件出現時在 B 事件處觸發。具體詳細的觸發説明,請參考示波器的手冊。 16. 如何用 TDS3052B 測量載波頻率為幾十 K,調製波頻率為電源頻率的已調波的最大值? 答:工頻輸入可能為低頻的 50Hz/60Hz,同時載波為幾十 K,一個工頻週期為 20ms 左右,如果示波器需要觀測 20ms 信號,即示波器的 duration 採集窗口至少為 2ms/div ×10 格,同時根據幾十 k 的載波信號,確定示波器的採樣率。最後可以估算出需要的採集內存長度,判斷是否能夠滿足測試要求。 17. 使用一台標稱 100MHz 的 DSO 示波器,測量一個高頻開關幅值 400V,f=50M,示波器如何描繪出它的波形和上升時間? 答: ① 示波器的帶寬是以正弦波幅度衰減-3dB 點為帶寬定義的。 ② 數字示波器中對於波形和上升時間的描繪都是通過實時採樣電路和高速 A/D 變換器獲得波形數據,再通過插值運算得到的。 ③ 在泰克的示波器中,有實時的處理電路完成所謂的正弦內插功能,在信號採集電路部分完成。當然,很多示波器也是通過示波器的主處理器進行數學運算完成的,這個時候會花比較多的時間。 ④ 對於您測量的信號,恐怕使用 100MHz 的示波器是無法進行。50MHz 的方波,理論上應該使用450MHz 以上的示波器才能將信號中最重要的 9 次以下諧波準確重新,從而保證波形不失真。更何況,您恐怕還要考慮信號上升 時間的問題,理論上,示波器的上升時間應該比信號快 5 倍以上。 ⑤ 探頭也一樣,由於普通探頭在測量高壓的時候會產生高頻失真的效應,您應該採用特別的差分探頭或者高壓探頭比如,泰克的 P5205,P5100 進行測量。 18. 如何在模擬電路用好數字示波器,比如測音頻放大器的小信號,電源的雜波等? 答:要注意的問題有: ① 示波器的接地問題,示波器的機殼和探頭的參考地線都是連接地線的,因此良好的接地是測量干擾的首要條件。 ② 示波器參考地線引入的干擾問題,由於普通探頭通常都有一段接地線,會與待測點構成一個類似環形天線的干擾路徑,引入比較大的干擾,因此要儘量減少這一干擾,可以採用的方法是將探頭帽拿掉,不使用探頭上引出的 地線,而直接使用探頭尖端和探頭內的地點接觸待測點進行測量。 ③ 使用差分測量的方法,消除共模噪聲。泰克提供一系列的差分探頭,比如專門針對小信號的ADA400A 可以測量到幾百微伏,用於高速信號測量的 P7350 提供高達 5GHz 的帶寬。 ④ 在泰克的很多示波器裏提供高分辨率採集(Hi-Res)的信號捕獲模式,可以過濾信號上疊加的隨機噪聲。 19. 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。初步分析是由於板上的開關電源芯片引起的,如何使用示波器測量這樣的噪聲信號? 答: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。 20. 在用泰克的示波器時,如何理解 Holdoff 這個參數? 答:Holdoff(觸發釋抑)的含義是暫時將示波器的觸發電路封閉一段時間(即釋抑時間),在這段時間內,即使有滿足觸發條件的信號波形點示波器也不會觸發。在數字示波器中也會用百分比來表示,意義是整個記錄長度或 者整個屏幕的百分比。 示波器的觸發部分的作用就是穩定的顯示波形,觸發釋抑也是為了穩定顯示波形而設置的功能。主要針對大週期重複而在大週期內有很多滿足觸發條件的不重複的波形點而專門設置的。比如圖中所示,圖中紅色的點都可以滿 足觸發條件,如果不用釋抑功能,觸發點將不固定,造成顯示不穩定,使用觸發釋抑後,每次都在同一個點觸發,因此可以穩定顯示。 此外,對於調幅信號等也一樣要使用觸發釋抑。詳情請參見泰克文章《示波器 XYZ》。 21. 關於 holdoff,所謂觸發與非觸發,示波器對採集信號的處理有什麼區別? 答:對於數字示波器,不論是否觸發,示波器實際上都是在不斷地採集波形,但是如果只有穩定的觸發才能有穩定的顯示。也會出現這種狀況,示波器觸發電路的模式出於“自動”模式,即不論是否滿足觸發條件都進行波形顯示。如果使用“通常”Normal 模式,不滿足觸發條件就不會顯示波形。 22. 關於 holdoff,如果在水平時間分辨率不變的前提下,是否百分比設置越大(對應信號顯示逐漸穩定)那麼就意味着信號的週期越長? 答:是的,百分比越大,釋抑時間越長。 23. 如何使用示波器測量差分信號? 答:最好的方法是選用差分探頭,這時測到的信號最為真實客觀;若沒有差分探頭,可使用兩個差分探頭接到示波器的兩個通道上(如 Ch1, Ch2),然後用數學 運算,得到 ch1-ch2 的波形並進行分析,這時儘量保持兩根探頭 完全一樣,示波器兩個通道的 Vertical scale ( 每格多少伏)設置一樣,否則,誤差會較大。 24. 怎樣用示波器測量出 USB 總線上的差分信號? 答:USB 信號的測試分為 2 種情況: 第一種是需要進行符合 USB 組織定義 USB1.1/2.0 總線的物理層測試規範,只有通過 USB 一致性測試後方可打上 USB 標識。USB 物理層一致性測試分為很多個測試項目,主要是考察 USB 信號的信號質量如何,象 Signal Quality Test Droop & Drop Test Inrush Current Test HS Specific Tests Chirp Test Monotonic Test Receiver sensitivity Test Impedance Test (TDR) 等等。 第二種情況是僅觀測 USB 總線上的信號,可以選擇合適的差分探頭連接到 D+, D-,直接進行 USB信號的觀測。USB2.0 信號速度比較快,上升時間為幾百皮秒,為了保證信號的包真度測試,需要選擇大於 2GHz 的示波器和差分探頭進行測試。 25. PCB 板上的高速信號特徵:XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信號:60ps,請問需要多高帶寬的示波器才能精確測量?測量誤差可達多少? 答:對 XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信號,聽起來有點象 InfiniBand 信號,用正弦內插的方式,或類似等效採樣的方式來採集,但由於本身帶寬和觸發抖動等因素,在其測量 100ps ~ 130ps 範圍內的上升時間時,採用 7GHz 差分探頭可保證誤差

    時間:2020-10-28 關鍵詞: 科學儀器 示波器

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    第一部分 示波器的介紹 示波器的作用 示波器屬於通用的儀器,任一個硬件工程師都應該瞭解示波器的工作原理並能夠熟練使用示波器,掌握示波器是對每個硬件工程師的基本要求。 示波器是用來顯示波形的儀器,顯示的是信號電壓隨時間的變化。因此,示波器可以用來測量信號的頻率,週期,信號的上升沿/下降沿,信號的過沖,信號的噪聲,信號間的時序關係等等。 在示波器顯示屏上,橫座標(X)代表時間,縱座標(Y)代表電壓,(注,如果示波器有測量電流的功能,縱座標還代表電流。)還有就是比較少被關注的-亮度(Z),在TEK的DPO示波器中,亮度還表示了出現概率(它用16階灰度來表示出現概率)。 第二部分  示波器的分類 示波器一般分為模擬示波器和數字示波器;在很多情況下,模擬示波器和數字示波器都可以用來測試,不過我們一般使用模擬示波器測試那些要求實時顯示並且變化很快的信號,或者很複雜的信號。而使用數字示波器來顯示週期性相對來説比較強的信號,另外由於是數字信號,數字示波器內置的CPU或者專門的數字信號處理器可以處理分析信號,並可以保存波形等,對分析處理有很大的方便。   1、模擬示波器 模擬示波器使用電子槍掃描示波器的屏幕,偏轉電壓使電子束從上到下均勻掃描,將波形顯示到屏幕上,它的優點在於實時顯示圖像。 模擬示波器的原理框圖如下: 見上圖所示,被測試信號經過垂直系統處理(比如衰減或放大,即我們擰垂直按鈕-volts/div),然後送到垂直偏轉控制中去。而觸發系統會根據觸發設置情況,控制產生水平掃描電壓(鋸齒波),送到水平偏轉控制中。 信號到達觸發系統,開始或者觸發“水平掃描”,水平掃描是一個是鋸齒波,使亮點在水平方向掃描。觸發水平系統產生一個水平時基,使亮點在一個精確的時間內從屏幕的左邊掃描到右邊。在快速掃描過程中,將會使亮點的運動看起來象一條平滑的曲線。而信號電壓加到垂直偏轉電壓的電極上,效果也是產生了一個移動的亮點,電壓為正將使點向上移動,電壓為負則向下移動,水平偏轉和垂直偏轉電壓配合在一起,就能夠在屏幕上顯示信號的波形。在比較高的速度上,亮點能夠掃描過屏幕達50,0000次/秒,目前最好的通用示波器也不過每秒捕捉40,0000個波形,因此説模擬示波器比數字示波器的實時性要高,是有貨真價實的。 水平掃描和垂直偏轉能使信號的波形圖像能夠顯示到屏幕上,不過觸發系統也是必不可少的,它不僅僅是讓你抓到你需要的波形,還能夠使圖像穩定地顯示到屏幕上,它能使重複的波形能夠在同一個點開始掃描,在屏幕顯示一個乾淨和穩定的圖像。下圖顯示了沒有觸發和觸發的波形:沒有觸發的波形比較亂和在閃動,不穩定,而觸發的波形則非常的穩定和乾淨。 一般來説,使用一個模擬示波器,我們主要需要調整三個基本方面,也就是上面説的三個部分: 信號的衰減或者放大情況:使用volts/div旋鈕,可以調整信號在屏幕的範圍裏面,垂直大小合適。 時基:使用sec/div旋鈕,調整每格代表的時間間隔,可以使信號在水平方向放大或者縮小。 觸發系統:可以調整觸發電平,能夠使波形穩定顯示,或者尋找到我們需要的波形。 當然,調整亮點的大小和亮底,可以使波形顯示達到最佳的顯示效果。 2、數字示波器 一個數字示波器對波形進行採樣,並用AD轉換器將模擬圖像轉換為數字波形,最後將波形重現到屏幕上面。  數字示波器的原理圖如下: 當我們將探頭接到線路上面時,垂直系統控制調整信號的衰減和放大,這個和模擬示波器一樣。接着,在採樣系統中對信號進行模-數轉換(ADC),連續的模擬信號變成了離散的點。水平系統的時基決定了採樣率的水平。比如我們的TDS5054的最大采樣速率為5GSa/s,説明它最快的情況下能夠在每秒鐘採樣5G個點。經過採樣量化的點被存到存儲器裏面,並拼成波形圖。 在數字示波器中,存儲波形點的長度,通常稱為存儲長度。由於處理要求非常快,這些存儲器不是通用的SDRAM,而是專用的高速存儲器,價格比較貴,因此比較便宜的示波器都使用標準配置。觸發系統決定了保存點的開始和結束點的位置。存儲器裏面的波形最後傳送到顯示系統中進行顯示。 為了增強示波器的綜合能力,數據處理是必須的。另外預觸發能夠讓我們能夠看到觸發前的波形情況。 和模擬示波器一樣,使用數字示波器來測試,也需要調整垂直幅度、水平時間間隔和觸發設置。 第三部分 採樣方法 對於比較慢的信號,示波器能夠採到足夠的採樣點來顯示波形,而對於比較快的信號(這裏的快慢是針對示波器的採樣頻率來講的),示波器不能夠採到足夠的採樣點來顯示波形。因此,示波器採樣一般採用兩種方法來對信號採樣,一是實時採樣,二是等效採樣。 1.實時採樣:  一次按照順序來採集採樣點,然後採用計算方法內插一些數據,內插技術是評估用一些點來組成波形是否和原來的圖像的靠近程度,一般的內插技術(waveform interpolation)有線性和sin(x)/x兩種。 如果沒有特別表明的情況下,示波器給出的採樣速率都是實時採樣速率,也就是一次採樣的速率。 實時採樣示意圖如上面所示,它在一次採樣中採儘量多的點,而且都是順序採樣的。由於採樣得到的點是離散的點,而我們顯示一般情況下都是顯示波形曲線(當然也可以用點顯示模式,但是很少用),這就涉及到一個內插的問題,將點還原為曲線,一般有兩種方法:直線連接和曲線模擬,曲線模擬主要使用正弦曲線做擬合,效果分別見下面所示。 2.等效採樣: 每個週期採樣一些點,經過多個週期後將這些點拼起來,就是一個完整的圖,不過這要求波形是週期性的,否則誤差會比較大。等效採樣有兩種方式:一種是隨機採樣,另外一種是順序採樣。 對於那些快速信號,實時採樣可能一次採不到足夠的點,於是就要採用等效採樣,等效採樣只對那些週期性的信號有意義。等效採樣有兩種,一種是隨機採樣,另外一種是順序採樣,隨機的示意圖如下: 由於是週期性的信號,信號在每個週期都是一樣的,隨機採樣就將整個波形分開採 樣,隨機採集信號,經過數個週期,就能夠將一個完整的波形採集完畢,將這些採集點拼起來,就是一個完整的波形了。而順序採樣,就是按照順序來,第一次採1、2、3點,第二次採4、5、6點等,直到將整個波形採集完畢。 無論是哪種等效採樣方式,它們的結果就是提高採樣能力,比如一個實時採樣的速率為1GSa/s的示波器,它使用等效採樣的方式來採樣,每次都用最高的實時採樣速率採集數據,花了10次才將一個波形週期採集完畢,那麼它的等效採樣速率就是10GSa/s,即提高到了10倍。 對於實時採樣,主要表示了單次波形的採集能力,而等效採樣,主要用於週期性的信號的採樣。比如TDS784的實時採樣速率為4GSa/s,而等效採樣速率則高達250GSa/s。 第四部分 示波器的操作與控制 示波器的主要是三個部分,垂直控制、水平控制和觸發控制,除此外,很多數字示波器都提供了“軟鍵”(soft key)控制,通過在示波器的屏幕周圍排放一些鍵,對於屏幕裏面的菜單,這些鍵在不同的菜單中對應不同的項目,因此定義不固定,故稱之為“軟鍵”。因為有了“軟鍵”,很多功能都可以做了進去,比如波形參數的測試、高級觸發方式等。 下圖是Agilent的54800系列的控制面板示意圖,它主要分為三個區,水平控制區、垂直控制區和觸發控制區,此外還有一些其他的設置,包括保存和輸入輸出的的部件等。水平控制可以調整時基的大小,也就是間隔的大小,示波器中,只有一個水平控制鈕,調整它,所有通道的時間間隔都會變。垂直控制區,在這裏是每個通道都有一個,不過有的示波器為了節省面板面積,有時候所有通道共用一個垂直控制鈕,通過另外的按鍵去選擇通道。有關這些細節,實踐一下馬上有印象了,這裏不做更多的描述。最後一個是觸發,這是示波器比較關鍵的部分,因為數字示波器比起模擬示波器,觸發的多樣性是它的一大特點,有關觸發在下一節詳細描述。 第五部分 示波器的觸發 示波器的觸發,相對來説,裏面的玄機就多一點。我們最常使用的是邊沿觸發,比如上升沿觸發或者下降沿觸發。  一般示波器的主要觸發有: 作為熟練的硬件工程師,除了最常用的邊沿觸發模式外,還應該掌握脈衝觸發中的毛刺觸發、矮電平觸發、脈衝寬度觸發,以及單次觸發等,另外如果需要測試時序的話,掌握邏輯觸發也是很有用的。 下面以 TDS5054為例,介紹一下脈衝觸發方式。高級的觸發設置在觸發的菜單中。點擊菜單中TRIG,在下拉菜單中選擇EDGE SETUP,進入如下設置界面。 1、毛刺Glith觸發: 選擇了 毛刺觸發後,就可以在右邊選擇毛刺觸發的類型和寬度,還可以設置電平等。 2、矮電平Runt觸發 2-5-3 矮電平觸發設置-上下界線設置示意圖 設置完畢就可以開始進行測試,見上圖。 3、脈衝寬度Width觸發  在選擇了寬度width後,在下邊選項Polarity選擇脈衝極性,然後在脈衝寬度選項Trig When 中選擇觸發類型(超出設置值還是小於設置值)和設置數值,見下圖,再設定電平,設置完畢就可以開始測試了。 圖 2-5-4 上面幾種觸發,在測試總線和控制信號的異常情況方面,比較有用。 4、單次觸發  單次觸發並非一個獨立的觸發方式,它和其他方式一起使用,只是其他方式可以進行多次的觸發,而單次觸發只會觸發一次就停止了,並將信號顯示出來,比如對於上電的電壓上升的情況、捕獲很少出現的脈衝毛刺等比較有用。 第六部分 示波器的存儲深度 雖然存儲深度是示波器的四大指標之一(分別為帶寬、採樣速率、通道數和存儲深度),但是最後一個指標,廠家通常很少提的,不提並不表示它的重要性,而是他們有意淡化這個問題而已。比如TDS794D的存儲深度,標準配置為每通道50k點。存儲深度和採樣速率的關係是:   存儲深度=最快採樣速率×最大采樣速率時限×500 上面公式中的500是指屏幕上面水平方向有10格,每格是50個點,共500個點。最大采樣速率時限是指,示波器在最快的採樣速率情況下,需要多長時間就可以將存儲器存滿。如果超過此時限,就會溢出了,實際上不會溢出,而是採取降低採樣速率的方法。 例如上面的TDS794D,在標準配置的情況下,如果用最大的採樣速率(4GSa/s)採樣時,它的最大采樣速率時限為25ns,此時時基為25/10=2.5ns/div(注:實際上沒有這個檔,比較説明而已),也就是意味着,如果你將時基調整到2.5ns/div以上時,採樣速率就要降低。大家平時也可能注意到,當我們測試數兆頻率的信號,示波器左上角顯示的採樣速率會遠遠比示波器的最高採樣速率要小。 存儲深度比較大的好處在於,測試比較低速的信號時,能夠以比較高的採樣速率來取樣,也就是能夠看到更多的細節,這就是存儲深度的奧妙所在。  圖2-6-2 顯示了Agilent的54600系列示波器深存儲器的效果。54600系列是Agilent的中低端示波器,一般來説,低端示波器的存儲深度都比較低,比如數k到數十k,但是它配備了每通道深達2M的存儲器,它兼顧了示波器長時間捕獲及高速採樣兩個方面,因此能夠看到波形細節的可能性大大增大。在圖中,每個週期中疊加了1500脈衝,其中有一個失真,示波器就以高亮度顯示,通過放大該亮點,就可以看出脈衝失真的細節來。 值得指出的是,存儲深度和採樣速率都有單通道、雙通道、全通道等的差別。比如794D的採樣速率為4GSa/s,其實它是單通道下面的最高採樣速率,如果開了雙通道,就變成了每個2GSa/s,如果開了三個以上通道,就變成每個通道1GSa/s,同理,在存儲深度也有這樣的情況,就是通道存儲深度。但是這個不是絕對的,有很多例外的情況,如TDS220,廠家標的採樣速率是每通道1GSa/s,而不是所有通道的和,同樣部分示波器標配的存儲器為50k深度,是所有的通道都是50k,這些細節需要查看廠家的手冊才比較明確。還有的694C,也是每個通道採樣速率達10GSa/s,不是所有通道採樣速率的和。 第七部分 示波器的探頭 要測試,示波器就少不了探頭,探頭四個主要的指標為帶寬、輸入電阻、輸入電容和衰減倍數。探頭的分類如圖2-7-1所示。我們最常用的探頭是測試電壓波形的有源探頭和無源探頭。 圖 2-7-1 通用探頭的分類情況 圖2-7-2顯示了探頭的輸入阻抗和帶寬的關係,通常來説帶寬高的探頭,它的輸入阻抗普遍要低。比如同樣是有源探頭的P6204和P6249,帶寬分別為1GHz和4GHz,它們的輸入輸入阻抗分別為10M歐姆和20k歐姆。需要注意的是,阻抗會隨着輸入信號的頻率而變化,比如隨着頻率的升高而減低,它不是一個恆定的數值。 上圖顯示的是一些比較老的探頭的輸入阻抗和帶寬的關係,現在已經有不少提高了。在低端,主要影響的因素是輸入阻抗,而在高端,主要的影響因素不再是輸入阻抗,而是輸入電容。 探頭作為測試信號的連接設備,其輸入電壓是有限制,因此我們使用探頭時需要特別注意探頭的測試範圍。輸入電壓比較高的探頭,它的帶寬也低,反之,帶寬高的探頭,它的輸入電壓範圍比較小。比如有源探頭P6245的帶寬為1.5GHz,它的輸入電壓範圍僅為±40V,而500MHz帶寬的無源探頭P5050的最大輸入電壓為300V。 探頭特別是有源探頭,都需要校準的。一般是利用示波器提供標準的1kHz的信號來校準。圖2-7-3顯示了校準的效果。   圖 2-7-4 探頭的地線效果示意圖 在測試時,我們儘量要使用短的地線和帶寬高的有源探頭。圖2-7-4顯示了一個比較長的地線(如我們普遍使用探頭夾子,長度大約12cm左右),和探頭一起圍成了一個環型迴路,這個迴路,就引入了分佈的電感,這個電感的量級在50-200nH左右,它和探頭的輸入電容一起就形成了一個諧振迴路,在信號的邊沿處產生振鈴。由於這種人為操作的誤差是不能徹底消除,但是我們可以儘量選擇短地線來減少它。 下面是同一個時鐘,使用兩個不同的探頭做比較的結果。  示波器:TEK的TDS580C,1GHz帶寬,4GHz採樣速率。  探頭1:無源探頭P6139,500M帶寬,10M歐姆輸入電阻,8pF輸入電容,10倍衰減,地線比較長,加上夾子大約13cm;  探頭2:有源探頭P6245,1.5GHz帶寬,1M歐姆輸入電阻,1pF輸入電容,10倍衰減,短地線,長約3cm)。  波形2-7-5為無源探頭P6139的測試波形,圖2-7-6為有源探頭P6245的測試波形,從兩個波形看出,無源探頭加長地線的結果是有比較大的過沖,並有輕微的振盪。另外由於反射波的原因,造成上升沿變陡。因此如果要得到比較準確的波形,最好選用帶寬高、輸入電容低的有源探頭,並使用短地線,如果圖方便使用長地線,只會帶來更大的誤差。 圖 2-7-5 無源探頭P6139的測試波形圖     圖 2-7-6 有源探頭P6245的測試波形圖 示波器因為有探頭的存在而擴展了示波器的應用範圍,使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路,如下圖: 圖1示波器探頭的作用 探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面: 其一:因為探頭有負載效應,探頭會直接影響 被測信號和被測電路; 其二:探頭是整個示波器測量系統的一部分,會直接影響儀器的信號保真度和測試結果 一、探頭的負載效應 當探頭探測到被測電路後,探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面3部分: 1. 阻性負載效應; 2. 容性負載效應; 3. 感性負載效應。 圖2探頭的負載效應 阻性負載相當於在被測電路上並聯了一個電阻,對被測信號有分壓的作用,影響被測信號的幅度和直流偏置。有時,加上探頭時,有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻,以維持小於10%的幅度誤差。 圖3探頭的阻性負載 容性負載相當於在被測電路上並聯了一個電容,對被測信號有濾波的作用,影響被測信號的上升下降時間,影響傳輸延遲,影響傳輸互連通道的帶寬。有時,加上探頭時,有故障的電路變得正常了,這個電容效應起到了關鍵的作用。一般推薦使用電容負載儘量小的探頭,以減小對被測信號邊沿的影響。 圖4探頭的容性負載 感性負載來源於探頭地線的電感效應,這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振,從而使顯示的信號上出現振鈴。如果顯示的信號上出現明顯的振鈴,需要檢查確認是被測信號的真實特徵還是由於接地線引起的振鈴,檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線,一般地線電感=1nH/mm。 圖5探頭的感性負載 二、探頭的類型 示波器探頭大的方面可以分為:無源探頭和有源探頭兩大類。無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電。 無源探頭細分如下: 1. 低阻電阻分壓探頭;2. 帶補償的高阻無源探頭(最常用的無源探頭);3. 高壓探頭 有源探頭細分如下:1. 單端有源探頭;2. 差分探頭;3. 電流探頭 最常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下: 表1有源探頭和無源探頭對比 低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負載(1.5GHz),較低的價格,但是電阻負載非常大,一般只有500ohm或1Kohm,所以只適合測試低源阻抗的電路,或只關注時間參數測試的電路。 圖6低輸入電阻探頭結構 帶補償的高阻無源探頭是最常用的無源探頭,一般示波器標配的探頭都是此類探頭。帶補償的高阻無源探頭具備較高的輸入電阻(一般1Mohm以上),可調的補償電容,以匹配示波器的輸入,具備較高的動態範圍,可以測試較大幅度的信號(幾十幅以上),價格也較低。但是不知之處是輸入電容過大(一般10pf以上),帶寬較低(一般500MHz以內)。 圖7常用的無源探頭結構 帶補償的高阻無源探頭有一個補償電容,當接上示波器時,一般需要調整電容值(需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調整,調整時把探頭連接到示波器補償輸出測試位置),以與示波器輸入電容匹配,以消除低頻或高頻增益。下圖的左邊是存在高頻或低頻增益,調整後的補償信號顯示波形如下圖的右邊所示。 圖8無源探頭的補償 高壓探頭是帶補償的無源探頭的基礎上,增大輸入電阻,使得衰減加大(如:100:1或1000:1等)。因為需要使用耐高壓的元器件,所以高壓探頭一般物理尺寸較大。 圖9高壓探頭的結構 三、有源探頭 我們先來觀察一下用600MHz無源探頭和1.5GHz有源探頭測試1ns上升時間階躍信號的影響。使用脈衝發生器產生一個1ns的階躍信號,通過測試夾具後,使用SMA電纜直接連接到一個1.5GHz帶寬的示波器上,這樣示波器上會顯示一個波形(如下圖中的蘭色信號),把這個波形存為參考波形。然後使用探頭點測測試夾具去探測被測信號,通過SMA直連的波形因為受探頭負載的影響而變成黃色的波形,探頭通道顯示的是綠色的波形。然後分別測試上升時間,可以看出無源探頭和有源探頭對高速信號的影響。 圖10無源探頭和有源探頭對被測信號和測量結果的影響 具體測試結果如下: 使用1165A 600MHz無源探頭,使用鱷魚嘴接地線:受探頭負載的影響,上升時間變為:1.9ns;探頭通道顯示的波形存在振鈴,上升時間為:1.85ns; 使用1156A 1.5GHz有源探頭,使用5cm接地線:受探頭負載的影響較小,上升時間仍為:1ns;探頭通道顯示的波形與原始信號一致,上升時間仍為:1ns。 單端有源探頭結構圖如下,使用放大器實現阻抗變換的目的。單端有源探頭的輸入阻抗較高(一般達100Kohm以上),而輸入電容較小(一般小於1pf),通過探頭放大器後連接到示波器,示波器必須使用50ohm輸入阻抗。有源探頭帶寬寬(現在可達30GHz),而負載小,但是價格相對較高(一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右),動態範圍較小(這個需要注意,因為超過探頭動態範圍的信號,不能正確測試。一般動態範圍5V左右),比較脆弱,使用需小心。 圖11有源探頭結構 差分探頭結構圖如下,使用差分放大器實現阻抗變換的目的。差分探頭的輸入阻抗較高(一般達50Kohm以上),而輸入電容較小(一般小於1pf),通過差分探頭放大器後連接到示波器,示波器必須使用50ohm 輸入阻抗。差分探頭帶寬非常寬(現在可達30GHz),負載非常小,具有較高共模抑制比,但是價格相對較高(一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右),動態範圍也較小(這個需要注意,因為超過探頭動態範圍的信號,不能正確測試。一般動態範圍3V左右),比較脆弱,使用需小心。 差分探頭適合測試高速差分信號(測試時不用接地),適合放大器測試,電源測試,適合虛地測試等應用。 圖12差分探頭結構 電流探頭也是有源探頭,利用霍爾傳感器和感應線圈實現直流和交流電流的測量。電流探頭把電流信號轉換成電壓信號,示波器採集電壓信號,再顯示成電流信號。電流探頭可以測試幾十毫安到幾百安培的電流,使用時需要引出電流線(電流探頭是把導線夾在中間進行測試的,不會影響被測電路)。 電流探頭在測試直流和低頻交流時的工作原理: 當電流鉗閉合,把一通有電流的導體圍在中心時,相應地會出現一個磁場。這些磁場使霍爾傳感器內的電子發生偏轉,在霍爾傳感器的輸出產生一個電動勢。電流探頭根據這個電動勢產生一個反向(補償)電流送至電流探頭的線圈,使電流鉗中的磁場為零,以防止飽和。電流探頭根據反向電流測得實際的電流值。用這個方法,能夠非常線性的測量大電流,包括交直流混合的電流。 圖13電流探頭測試直流和低頻時的工作原理 電流探頭在測試高頻時的工作原理: 隨着被測電流頻率的增加,霍爾效應逐漸減弱,當測量一個不含直流成分的高頻交流電流時,大部分是通過磁場的強弱直接感應到電流探頭的線圈。此時,探頭就像一個電流變壓器,電流探頭直接測量的是感應電流,而不是補償電流,功放的輸出為線圈提供一個低阻抗的接地迴路。 圖14電流探頭測試高頻時的工作原理 電流探頭在交叉區域時的工作原理: 當電流探頭工作在20KHz的高低頻交叉區域時,部分測量是通過霍爾傳感器實現的,另一部分是通過線圈實現的。 圖15電流探頭交叉區域的工作原理 四、有源探頭附件 現代的高帶寬有源探頭都採用分離式的設計方法,即:探頭放大器與探頭附件部分分開。這樣設計的好處是: 1、支持更多的探頭附件,使得探測更加的靈活; 2、保護投資,最貴的是探頭放大器(一個探頭放大器可以支持多種探測方式,以前需要幾個探頭來實現);同時探頭附件保護探頭放大器(探頭附件即使損壞,價格也相對便宜); 3、這種設計方式容易實現高帶寬。 圖16探頭附件 這些探頭附件,主要包括以下幾種: 1、點測探頭附件(包括:單端點測和差分點測); 2、焊接探頭附件(包括:單端焊接和差分焊接,分離式的ZIF焊接); 3、插孔探頭附件; 4、差分SMA探頭附件(示波器一般直接支持SMA連接,但是如果被測信號需要上拉如HDMI,則必須使用SMA探頭附件)。 探頭附件的電路結構如下圖所示: 1、在探頭附件尖端部分會有一對阻尼電阻(一般82ohm),這對阻尼電阻的作用是消除探頭附件尖端部分的電感的諧振影響; 2、探頭尖端部分的後面是25Kohm的電阻,這個電阻決定了探頭的輸入阻抗(直流輸入阻抗即電阻:單端25Kohm,差分50Kohm),這個電阻使得被測信號傳輸到探頭放大器部分的功率是非常小的,不至於對被測信號有較大影響。 3、25Kohm的電阻後面是同軸傳輸線部分,這個傳輸線負責把小信號傳輸到放大器。這個傳輸線的長度可以很長,也可以很短,中間可以加衰減器,也可以加耦合電容。 4、同軸傳輸線連接到放大器,放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。 圖17有源探頭附件的結構 有源探頭為了保持探頭的精確度,需要工作在恆温狀態,所以探頭放大器不能放置到高低温箱裏進行高低温環境下被測電路板的測試。從探頭附件結構中可見中間的50ohm傳輸線的長短不影響探測,所以可以用很長的同軸電纜或擴展同軸電纜,讓這個同軸電纜伸進高低温箱裏進行高低温換進下被測電路板的測試。如下圖是N5450A擴展電纜,使用N5381A焊接探頭附件,可以工作在-55°到150°温度範圍。 圖18高低温探頭結構原理 使用N5450A擴展電纜和N5381A探頭附件,使用1169A 12GHz探頭放大器,在-55°和150°環境下的頻響曲線如下圖所示,可見能夠滿足高速信號測試的要求。 圖19高低温探頭在高低温下的頻響 五、探頭及附件準確度驗證 下圖是一個例子:被測信號是一個頻率456MHz,邊沿時間約65ps的時鐘信號,分別使用不同類型的探頭和探頭附件的測試結果。 A圖是使用12GHz的1169A差分探頭和N5381A 12GHz焊接探頭附件的測試結果,幾乎完全復現被測信號; B圖是使用500MHz的無源探頭的測試結果,顯示的信號完全失真; C圖是使用12GHz的1169A差分探頭和較長的測試引線的測試結果,顯示的信號出現很大的過沖; D圖是使用4GHz的1158A單端探頭和較長的測試引線的測試結果,顯示的信號幾乎是正弦波,失真較大。 圖20不同探頭附件測試結果對比 從圖中可見探頭和探頭附件對測試精確度的影響是非常大的,是我們測試高速信號應該重點注意的內容之一。那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢? 驗證探頭和探頭附件需要使用一台脈衝碼型發生器(如:81134A,3.35GHz速率,60ps邊沿的脈衝碼型發生器),如果示波器自帶高速信號輸出功能,也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈衝碼型發生器(如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘:456MHz頻率,約65ps邊沿)。另外,需要同軸電纜和測試夾具(Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具)。測試夾具的外表是地(Ground),裏面走線是信號(Signal),如下圖所示。使用時,通過同軸電纜把一端接到脈衝碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口,另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。 圖21探頭驗證夾具 然後把被驗證的探頭連接到通道2上,探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地(如果是差分探頭,那麼把+端連接到測試夾具的信號線,把-端連接到測試夾具的地上)。 1、如果探頭不接觸信號線,則屏幕上會出現一個原始波形,存為參考波形;2、當用探頭探測信號線時,通道1的波形會發生變化,這個變化後的波形就是被探頭和探頭附件影響後的被測信號;3、這時,連接探頭的通道2會出現一個波形,這個波形是探頭測試到的波形;4、通過對比參考波形,通道1的波形,和連接探頭的通道2的波形,就可以直觀的看出或通過測試參數讀出三者的差別,可以驗證探頭和探頭附件的影響。 圖22探頭驗證連接和原理 下圖是實際驗證的一個例子,圖A把示波器的AUX OUT通過同軸電纜連接到測試夾具,測試夾具的另一端通過SMA-PBNC適配器連接到示波器的一個通道上(此例連接到通道3),把探頭連接到通道1上,此時調整屏幕上的波形,使得出現一個邊沿階躍波形,如圖C所示,並把此波形存為參考波形。如圖B把被驗證探頭和附件點測到測試夾具上,如圖D所示,屏幕上出現3個波形,蘭色的是參考波形,綠色的是受探頭影響後的被測波形,黃色的是探頭顯示的波形,通過測試上升時間參數,過沖參數等,可確認探頭和探頭附件的性能。 圖23探頭驗證實例 第八部分  示波器在使用時要避免的錯誤: 在理想情況下,所有探頭都應該是一條不會對被測設備產生任何干擾的導線,當連接到您的電路時,具有無窮大的輸入電阻,而電容和電感為零。這樣將會精確複製被測信號。但現實情況是,探頭會給電路帶來負載效應。探頭上的電阻、電容和電感元件可能改變被測電路的響應。 每個電路都不盡相同,它們有自己的電氣特性。因此,每次探測設備時,都需要考慮探頭的特性並選擇對測量影響最小的探頭。考慮的範圍包括從示波器輸入端通過電纜到被測設備上特定連接點的完整連接,也包括用於連接到測試點的任何附件或附加導線和焊接。 瞭解在測試中可能遇到的錯誤,以及如何通過更好的操作改進測量。探頭的電氣特性會影響測量結果和電路的工作。採取措施確保這些影響在可接受的範圍內,是成功測量的關鍵步驟。在使用示波器時,常見的錯誤有以下七種:   錯誤 1沒有校準探頭   探頭在出廠的之後都進行過校準,但它們沒有針對示波器前端進行校準。如果它們未在示波器輸入端上進行校準,那麼就無法得到正確的測量結果。    有源探頭   如果有源探頭沒有針對示波器進行校準,在測試時將看到垂直電壓測量結果和上升沿時序(以及可能的一些失真)出現差異。大多數示波器具有參考或輔助輸出功能,還配有操作指南來引導工程師完成探頭校準。   圖 1:發生器輸出和探測到的信號   圖 1 顯示了通道 1(黃色跡線)上的 SMA 電纜和適配器輸入到示波器的 50 MHz 信號。綠色跡線是通過通道 2 上的有源探頭輸入到示波器的同一信號。請注意,通道1 上的發生器輸出為 1.04 Vpp(伏特峯峯值),通道 2 上探測到的信號為 965 mV (毫伏)。另外,通道 1 與通道 2 的偏移高達 3 ms(毫秒),所以上升時間根本不能排成一行。 無源探頭   可以調節探頭的可變電容,使補償與正在使用的示波器輸入完美匹配。大多數示波器都有可以用於校準或參考的方波輸出。探測這個連接,檢查波形是否為方形。根據需要調整可變電容,以消除所有下衝或過沖。 圖 2:經過幅度和偏移校準後   如果校準了這個探頭,結果將大為改善。可以在圖 2 中看到經過適當幅度和偏移校準後的結果。幅度現在改善為972 mVpp,偏移得到了糾正,兩個上升時間保持一致。   錯誤 2 增加探頭負載效應   只要將探頭連接到示波器並將它與待測設備接觸,探頭就會成為電路的一部分。探頭對待測設備施加的電阻、電容和電感負載效應會影響工程師在示波器屏幕上看到的信號。這些負載效應可能會改變被測電路的工作狀態。瞭解這些負載效應,有助於工程師避免為特定的電路或系統選擇錯誤探頭。探頭具有電阻、電容和電感特性,如圖3 所示。 圖 3:探頭的基本電路   為了接觸到周圍環境過於狹小的探測點,可能需要想方設法添加長引線或電線。但是,為探頭添加附件或探針會降低帶寬、增加負載效應,進而導致頻率響應不再平坦。    使用盡量短的引線來保持探頭的帶寬和精度。通常,探針的輸入線或引線越長,帶寬減小得就越大。較窄帶寬的測量可能不會受到太大影響,但在進行較寬帶寬的測量時,特別是在1 GHz 以上時,需要謹慎選擇使用的探針和附件。隨着探頭帶寬降低,您將失去測量快速上升時間的能力。圖 4 演示了隨着附件長度的增加,示波器顯示的上升時間是如何變慢的。為了進行最準確的測量,最好使用盡量短的探針。 圖 4:不同的探頭引線長度對應的探頭負載效應 另外,最好要使用較短的接地引線,因為它們越長,引入的電感就越多。保持接地線儘量短並儘量靠近系統接地點,以便確保可重複和準確的測量。 技巧:如果必須在探針上添加導線才能接觸到難以到達的探測點,那麼最好為探針添加一個電阻,以減弱所添加的導線引起的諧振。添加長引線時,您可能無法解決帶寬限制問題,但可以將頻率響應變平坦。為了確定將要使用的電阻大小,可以探測一個已知方波,例如示波器上提供的參考方波。如果電阻設置正確,您將會看到一個乾淨的方波(除了其帶寬可能受限之外)。如果信號發生振鈴,請增加電阻的大小。單端探頭只需要在探針處增加一個電阻。如果您使用的是差分探頭,請為每根引線添加一個電阻。 圖 5:在探針上增加一個電阻,可以克服長探頭連接所引起的諧振,減少振鈴和過沖。但是,它不能解決由於添加引線導致的帶寬限制   錯誤 3  沒有充分利用您的差分探頭   許多人認為只有在探測差分信號時才使用差分探頭。在探測單端信號時,是否也可以使用差分探頭?其實也是可以的。如果使用的好,這將為測試節省大量時間和金錢,並提高測量的準確性。最大限度地利用差分探頭,獲得儘量最好的信號保真度。 差分探頭可以進行與單端探頭相同的測量,並且由於差分探頭在兩個輸入端上有共模抑制,所以差分測量結果的噪聲大為減少。這使您可以看到被測設備信號的更好表示,而不會被探測所增加的隨機噪聲誤導。 圖 6 中的藍色單端測量信號和圖7 中的紅色差分測量信號。藍色的單端測量結果與紅色的差分測量結果相比,噪聲要多得多,因為單端探頭缺少共模校正功能。   圖 6:單端測量    圖 7:差分測量   錯誤 4 選擇了錯誤的電流探頭   大電流和小電流測量需要捕獲的細節並不相同。工程師要知道為應用選擇哪種電流探頭更合適,以及使用錯誤的探頭可能會遇到哪些麻煩。 大電流測量 如果使用鉗形探頭測量大電流(10A - 3000A),那麼待測設備必須足夠小,使鉗形探頭能夠夾住它。如果設備太大使得鉗形探頭無法夾住,那麼工程師可能會想辦法在探頭鉗夾上添加額外的導線,但這會改變被測設備的特性。更好的辦法是使用合適的工具。 最好的解決方案是使用具有柔性迴路探頭前端的大電流探頭。可以將該柔性迴路纏繞到任何設備上。這種探頭叫做Rogowski 線圈。它可以讓工程師在不添加未知特性元器件的情況下探測設備,使測量結果保持高度的信號完整性。它們還使工程師能夠測量從mA 級到數百 kA 的大電流。請注意,它們只測量交流電流,所以直流分量將被隔離。它們的靈敏度也低於某些電流探頭。這對於大電流測量來説通常不是問題。但是在測量小電流時,靈敏度和查看直流分量的能力就變得很重要。請記住,對一種測量有效的方式並不一定適用於另一種測量。   圖 8:纏繞到元器件上的 Rogowski 探針   小電流測量   如果測量電池供電設備的電流,則動態範圍會有很大差異。如果電池供電設備處於空閒狀態或僅處理少量後台任務,其電流峯值會很小。當設備切換到更為活躍的狀態時,電流峯值會大幅提高。使用垂直標度較大的示波器設置,工程師可以測量大信號,但小電流信號將被測量噪聲掩蓋。另一方面,如果您使用較小的垂直標度設置,那麼大信號會削波,測量結果也將失真並失效。 選擇的電流探頭應該不僅能夠測量從 μA 到A 的寬量程,還可以使用多個放大器同時查看大小電流偏差。探頭中的兩個可變增益放大器允許您設置放大視圖以查看小電流波動,還可以縮小視圖以同時查看大電流尖峯(參見圖9)。   圖 9:配有兩個可變增益放大器的電流探頭讓您可以一次同時查看大小電流偏差   錯誤 5 在紋波和噪聲測量期間會錯誤地處理直流偏置   直流電源上的紋波和噪聲是由較大直流信號上的小交流信號形成的。當直流偏置較大時,可能需要在示波器上使用較大的每格電壓設置才能在屏幕上顯示信號。與小交流信號相比,這樣做會降低測量的靈敏度並增加噪聲。這意味着在測試時無法獲得信號交流部分的準確表示。 如果使用隔直流電容器來解決這個問題,那麼將不可避免地阻隔部分低頻交流內容,使工程師無法觀察到信號在經過設備上的元器件時發生的變化。 使用具有較大偏置功能的電源探頭,可以將波形置於屏幕中間,而無需移除直流偏置。這樣可以讓整個波形都顯示在屏幕上,同時保持垂直標度較小且處於放大狀態。通過這些設置,還可以查看瞬態、紋波和噪聲的細節。   錯誤 6 未知的帶寬限制   在進行重要測量時,務必選擇具有足夠帶寬的探頭。帶寬不足會使信號失真,使工程師很難做出明智的工程測試或設計決定。 普遍接受的帶寬計算公式為:評測從 10% 到90% 的上升沿時,帶寬乘以上升時間等於 0.35。  BW x Tr = 0.35 值得注意的是,整個系統帶寬也是需要考慮的重要因素。探頭和示波器的帶寬都要考慮,從而確定系統帶寬。 例如,假設示波器和探頭帶寬均為 500 MHz。使用上面的公式可知,系統帶寬將為353 MHz。可以看到,與探頭和示波器的兩個單獨帶寬相比,系統帶寬大大降低。 現在,如果探頭帶寬僅為300 MHz,示波器帶寬仍為500 MHz,那麼應用上述公式,系統帶寬進一步降至 257 MHz。    錯誤 7 被掩蓋的噪聲影響   探頭和示波器的噪聲可能會導致被測設備的噪聲顯得更大。為工程師的應用選擇具有合適衰減比的探頭,將會減小探頭和示波器所添加的噪聲。因此,工程師就能夠獲得更準確的信號,更清晰地查看被測設備的情況。   圖 10:使用 1:1 和 10:1 探頭測得的 50mVp-p 正弦波   許多探頭製造商將探頭噪聲描述為等效輸入噪聲(EIN),並以Vrms 為單位表示。較高的衰減比使您可以測量較大的信號,但缺點是示波器將檢測到這些比率並同時放大信號及其噪聲。為了瞭解這一效應的實際結果,圖10 中的綠色跡線顯示了使用 10:1 探頭放大後的噪聲。 -END- 來源 | 硬十 | 整理文章為傳播相關技術,版權歸原作者所有 | | 如有侵權,請聯繫刪除 | 【四方a集運倉電話】PCB設計中避免出現電磁問題的6個技巧 【四方a集運倉電話】PCB疊層設計,就這麼做! 【四方a集運倉電話】七大步驟教你確定PCB佈局和佈線! 【四方a集運倉電話】看呆!技術宅在家這麼玩PCB! 【四方a集運倉電話】必看!什麼是PCB迴流?又該如何解決? 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    時間:2020-10-28 關鍵詞: 科學儀器 示波器

  • 探頭問題大彙總:示波器測不準的看這裏!

    示波器是工程師的案頭必備工具,看波形,調BUG都離不了,而探頭是必不可少的配件,如果用不好,甚至會嚴重影響測量結果。 圖1示波器探頭的作用 探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面: 其一: 因為探頭有負載效應,探頭會直接影響被測信號和被測電路; 其二: 探頭是整個示波器測量系統的一部分,會直接影響儀器的信號保真度和測試結果 一、探頭的負載效應 當探頭探測到被測電路後,探頭成為了被測電路的一部分。 探頭的負載效應包括下面3部分: 1. 阻性負載效應; 2. 容性負載效應; 3. 感性負載效應。 圖2探頭的負載效應 阻性負載相當於在被測電路上並聯了一個電阻,對被測信號有分壓的作用,影響被測信號的幅度和直流偏置。 有時,加上探頭時,有故障的電路可能變得正常了。 一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻,以維持小於10%的幅度誤差。 圖3探頭的阻性負載 容性負載相當於在被測電路上並聯了一個電容,對被測信號有濾波的作用,影響被測信號的上升下降時間,影響傳輸延遲,影響傳輸互連通道的帶寬。 有時,加上探頭時,有故障的電路變得正常了,這個電容效應起到了關鍵的作用。 一般推薦使用電容負載儘量小的探頭,以減小對被測信號邊沿的影響。 圖4探頭的容性負載 感性負載來源於探頭地線的電感效應,這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振,從而使顯示的信號上出現振鈴。 如果顯示的信號上出現明顯的振鈴,需要檢查確認是被測信號的真實特徵還是由於接地線引起的振鈴,檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。 一般推薦使用盡量短的地線,一般地線電感=1nH/mm。 圖5探頭的感性負載 二、探頭的類型 示波器探頭大的方面可以分為: 無源探頭和有源探頭兩大類。 無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電。 無源探頭細分如下: 1. 低阻電阻分壓探頭; 2. 帶補償的高阻無源探頭(最常用的無源探頭); 3. 高壓探頭 有源探頭細分如下: 1. 單端有源探頭; 2. 差分探頭; 3. 電流探頭 最常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下: 表1有源探頭和無源探頭對比 低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負載(1.5GHz),較低的價格,但是電阻負載非常大,一般只有500ohm或1Kohm,所以只適合測試低源阻抗的電路,或只關注時間參數測試的電路。 圖6低輸入電阻探頭結構 帶補償的高阻無源探頭是最常用的無源探頭,一般示波器標配的探頭都是此類探頭。 帶補償的高阻無源探頭具備較高的輸入電阻(一般1Mohm以上),可調的補償電容,以匹配示波器的輸入,具備較高的動態範圍,可以測試較大幅度的信號(幾十幅以上),價格也較低。 但是不知之處是輸入電容過大(一般10pf以上),帶寬較低(一般500MHz以內)。 圖7常用的無源探頭結構 帶補償的高阻無源探頭有一個補償電容,當接上示波器時,一般需要調整電容值(需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調整,調整時把探頭連接到示波器補償輸出測試位置),以與示波器輸入電容匹配,以消除低頻或高頻增益。 下圖的左邊是存在高頻或低頻增益,調整後的補償信號顯示波形如下圖的右邊所示。 圖8無源探頭的補償 高壓探頭是帶補償的無源探頭的基礎上,增大輸入電阻,使得衰減加大(如: 100:1或1000:1等)。 因為需要使用耐高壓的元器件,所以高壓探頭一般物理尺寸較大。 圖9高壓探頭的結構 三、有源探頭 我們先來觀察一下用600MHz無源探頭和1.5GHz有源探頭測試1ns上升時間階躍信號的影響。 使用脈衝發生器產生一個1ns的階躍信號,通過測試夾具後,使用SMA電纜直接連接到一個1.5GHz帶寬的示波器上,這樣示波器上會顯示一個波形(如下圖中的蘭色信號),把這個波形存為參考波形。 然後使用探頭點測測試夾具去探測被測信號,通過SMA直連的波形因為受探頭負載的影響而變成黃色的波形,探頭通道顯示的是綠色的波形。 然後分別測試上升時間,可以看出無源探頭和有源探頭對高速信號的影響。 圖10無源探頭和有源探頭對被測信號和測量結果的影響 具體測試結果如下: 使用1165A 600MHz無源探頭,使用鱷魚嘴接地線: 受探頭負載的影響,上升時間變為: 1.9ns; 探頭通道顯示的波形存在振鈴,上升時間為: 1.85ns; 使用1156A 1.5GHz有源探頭,使用5cm接地線: 受探頭負載的影響較小,上升時間仍為: 1ns; 探頭通道顯示的波形與原始信號一致,上升時間仍為: 1ns。 單端有源探頭結構圖如下,使用放大器實現阻抗變換的目的。 單端有源探頭的輸入阻抗較高(一般達100Kohm以上),而輸入電容較小(一般小於1pf),通過探頭放大器後連接到示波器,示波器必須使用50ohm輸入阻抗。 有源探頭帶寬寬(現在可達30GHz),而負載小,但是價格相對較高(一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右),動態範圍較小(這個需要注意,因為超過探頭動態範圍的信號,不能正確測試。 一般動態範圍5V左右),比較脆弱,使用需小心。 圖11有源探頭結構 差分探頭結構圖如下,使用差分放大器實現阻抗變換的目的。 差分探頭的輸入阻抗較高(一般達50Kohm以上),而輸入電容較小(一般小於1pf),通過差分探頭放大器後連接到示波器,示波器必須使用50ohm 輸入阻抗。 差分探頭帶寬非常寬(現在可達30GHz),負載非常小,具有較高共模抑制比,但是價格相對較高(一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右),動態範圍也較小(這個需要注意,因為超過探頭動態範圍的信號,不能正確測試。 一般動態範圍3V左右),比較脆弱,使用需小心。 差分探頭適合測試高速差分信號(測試時不用接地),適合放大器測試,電源測試,適合虛地測試等應用。 圖12差分探頭結構 電流探頭也是有源探頭,利用霍爾傳感器和感應線圈實現直流和交流電流的測量。 電流探頭把電流信號轉換成電壓信號,示波器採集電壓信號,再顯示成電流信號。 電流探頭可以測試幾十毫安到幾百安培的電流,使用時需要引出電流線(電流探頭是把導線夾在中間進行測試的,不會影響被測電路)。 電流探頭在測試直流和低頻交流時的工作原理: 當電流鉗閉合,把一通有電流的導體圍在中心時,響應地會出現一個磁場。 這些磁場使霍爾傳感器內的電子發生偏轉,在霍爾傳感器的輸出產生一個電動勢。 電流探頭根據這個電動勢產生一個反向(補償)電流送至電流探頭的線圈,使電流鉗中的磁場為零,以防止飽和。 電流探頭根據反向電流測得實際的電流值。 用這個方法,能夠非常線性的測量大電流,包括交直流混合的電流。 圖13電流探頭測試直流和低頻時的工作原理 電流探頭在測試高頻時的工作原理: 隨着被測電流頻率的增加,霍爾效應逐漸減弱,當測量一個不含直流成分的高頻交流電流時,大部分是通過磁場的強弱直接感應到電流探頭的線圈。 此時,探頭就像一個電流變壓器,電流探頭直接測量的是感應電流,而不是補償電流,功放的輸出為線圈提供一個低阻抗的接地迴路。 圖14電流探頭測試高頻時的工作原理 電流探頭在交叉區域時的工作原理: 當電流探頭工作在20KHz的高低頻交叉區域時,部分測量是通過霍爾傳感器實現的,另一部分是通過線圈實現的。 圖15電流探頭交叉區域的工作原理 四、有源探頭附件 現代的高帶寬有源探頭都採用分離式的設計方法,即: 探頭放大器與探頭附件部分分開。 這樣設計的好處是: 1、支持更多的探頭附件,使得探測更加的靈活; 2、保護投資,最貴的是探頭放大器(一個探頭放大器可以支持多種探測方式,以前需要幾個探頭來實現); 同時探頭附件保護探頭放大器(探頭附件即使損壞,價格也相對便宜); 3、這種設計方式容易實現高帶寬。 圖16探頭附件 這些探頭附件,主要包括以下幾種: 1、點測探頭附件(包括: 單端點測和差分點測); 2、焊接探頭附件(包括: 單端焊接和差分焊接,分離式的ZIF焊接); 3、插孔探頭附件; 4、差分SMA探頭附件(示波器一般直接支持SMA連接,但是如果被測信號需要上拉如HDMI,則必須使用SMA探頭附件)。 探頭附件的電路結構如下圖所示: 1、在探頭附件尖端部分會有一對阻尼電阻(一般82ohm),這對阻尼電阻的作用是消除探頭附件尖端部分的電感的諧振影響; 2、探頭尖端部分的後面是25Kohm的電阻,這個電阻決定了探頭的輸入阻抗(直流輸入阻抗即電阻: 單端25Kohm,差分50Kohm),這個電阻使得被測信號傳輸到探頭放大器部分的功率是非常小的,不至於對被測信號有較大影響。 3、25Kohm的電阻後面是同軸傳輸線部分,這個傳輸線負責把小信號傳輸到放大器。 這個傳輸線的長度可以很長,也可以很短,中間可以加衰減器,也可以加耦合電容。 4、同軸傳輸線連接到放大器,放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。 圖17有源探頭附件的結構 有源探頭為了保持探頭的精確度,需要工作在恆温狀態,所以探頭放大器不能放置到高低温箱裏進行高低温環境下被測電路板的測試。 從探頭附件結構中可見中間的50ohm傳輸線的長短不影響探測,所以可以用很長的同軸電纜或擴展同軸電纜,讓這個同軸電纜伸進高低温箱裏進行高低温換進下被測電路板的測試。 如下圖是N5450A擴展電纜,使用N5381A焊接探頭附件,可以工作在-55°到150°温度範圍。 圖18高低温探頭結構原理 使用N5450A擴展電纜和N5381A探頭附件,使用1169A 12GHz探頭放大器,在-55°和150°環境下的頻響曲線如下圖所示,可見能夠滿足高速信號測試的要求。 圖19高低温探頭在高低温下的頻響 五、探頭及附件準確度驗證 下圖是一個例子: 被測信號是一個頻率456MHz,邊沿時間約65ps的時鐘信號,分別使用不同類型的探頭和探頭附件的測試結果。 A圖是使用12GHz的1169A差分探頭和N5381A 12GHz焊接探頭附件的測試結果,幾乎完全復現被測信號; B圖是使用500MHz的無源探頭的測試結果,顯示的信號完全失真; C圖是使用12GHz的1169A差分探頭和較長的測試引線的測試結果,顯示的信號出現很大的過沖; D圖是使用4GHz的1158A單端探頭和較長的測試引線的測試結果,顯示的信號幾乎是正弦波,失真較大。 圖20不同探頭附件測試結果對比 從圖中可見探頭和探頭附件對測試精確度的影響是非常大的,是我們測試高速信號應該重點注意的內容之一。 那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢? 驗證探頭和探頭附件需要使用一台脈衝碼型發生器(如:81134A,3.35GHz速率,60ps邊沿的脈衝碼型發生器),如果示波器自帶高速信號輸出功能,也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈衝碼型發生器(如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘: 456MHz頻率,約65ps邊沿)。 另外,需要同軸電纜和測試夾具(Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具)。 測試夾具的外表是地(Ground),裏面走線是信號(Signal),如下圖所示。 使用時,通過同軸電纜把一端接到脈衝碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口,另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。 圖21探頭驗證夾具 然後把被驗證的探頭連接到通道2上,探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地(如果是差分探頭,那麼把+端連接到測試夾具的信號線,把-端連接到測試夾具的地上)。 1、如果探頭不接觸信號線,則屏幕上會出現一個原始波形,存為參考波形; 2、當用探頭探測信號線時,通道1的波形會發生變化,這個變化後的波形就是被探頭和探頭附件影響後的被測信號; 3、這時,連接探頭的通道2會出現一個波形,這個波形是探頭測試到的波形; 4、通過對比參考波形,通道1的波形,和連接探頭的通道2的波形,就可以直觀的看出或通過測試參數讀出三者的差別,可以驗證探頭和探頭附件的影響。 圖22探頭驗證連接和原理 下圖是實際驗證的一個例子,圖A把示波器的AUX OUT通過同軸電纜連接到測試夾具,測試夾具的另一端通過SMA-PBNC適配器連接到示波器的一個通道上(此例連接到通道3),把探頭連接到通道1上,此時調整屏幕上的波形,使得出現一個邊沿階躍波形,如圖C所示,並把此波形存為參考波形。 如圖B把被驗證探頭和附件點測到測試夾具上,如圖D所示,屏幕上出現3個波形,蘭色的是參考波形,綠色的是受探頭影響後的被測波形,黃色的是探頭顯示的波形,通過測試上升時間參數,過沖參數等,可確認探頭和探頭附件的性能。 圖23探頭驗證實例 END 免責聲明:本文內容由21ic獲得授權後發佈,版權歸原作者所有,本平台僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平台立場,如有問題,請聯繫我們,謝謝!

    時間:2020-10-19 關鍵詞: 信號測試 示波器

  • 你真的會使用示波器嗎?它有那些技巧?

    你真的會使用示波器嗎?它有那些技巧?

    示波器大家都知道,但是你知道它的使用技巧嗎?對於測試工程師而言,示波器是工程師們工作中的完美搭檔。但是,不是每一位能自己領悟出示波器內心深處的告白。所以,小編在此給大家分享關於示波器那些不可忽略的應用技巧,希望能在日後的工作中對您有所幫助喲! 1、首先是帶寬,這個通常會在探頭上寫明,多少MHz。如果探頭的帶寬不夠,示波器的帶寬再高也是無用,瓶頸效應。 2、另外就是探頭的阻抗匹配。探頭在使用之前應該先對其阻抗匹配部分進行調節。 通常在探頭的靠近示波器一端有一個可調電容,有一些探頭在靠近探針一端也具有可調電容。它們是用來調節示波器探頭的阻抗匹配的。如果阻抗不匹配的話,測量到的波形將會變形。調節示波器探頭阻抗匹配的方法如下:首先將示波器的輸入選擇打在GND上,然後調節Y軸位移旋鈕使掃描線出現在示波器的中間。檢查這時的掃描線是否水平(即是否跟示波器的水平中線重合),如果不是,則需要調節水平平衡旋鈕(通常模擬示波器有這個調節端子,在小孔中,需要用螺絲刀伸進去調節。數字示波器不用調節)。然後,再將示波器的輸入選擇打到直流耦合上,並將示波器探頭接在示波器的測試信號輸出端上(一般示波器都帶有這輸出端子,通常是1KHz的方波信號),然後調節掃描時間旋鈕,使波形能夠顯示2個週期左右。調節Y軸增益旋鈕,使波形的峯-峯值在1/2屏幕寬度左右。然後觀察方波的上、下兩邊,看是否水平。如果出現過沖、傾斜等現象,則説明需要調節探頭上的匹配電容。用小螺絲刀調節之,直到上下兩邊的波形都水平,沒有過沖為止。當然,可能由於示波器探頭質量的問題,可能調不到完全無失真的效果,這時只能調到最佳效果了。 3、另外就是示波器探頭上還有一個選擇量程的小開關:X10和X1。 當選擇X1檔時,信號是沒經衰減進入示波器的。而選擇X10檔時,信號是經過衰減到1/10再到示波器的。因此,當使用示波器的X10檔時,應該將示波器上的讀數擴大10倍(有些示波器,在示波器端可選擇X10檔,以配合探頭使用,這樣在示波器端也設置為X10檔後,直接讀數即可)。當我們要測量較高電壓時,就可以利用探頭的X10檔功能,將較高電壓衰減後進入示波器。 另外,X10檔的輸入阻抗比X1檔要高得多,所以在測試驅動能力較弱的信號波形時,把探頭打到X10檔可更好的測量。但要注意,在不甚明確信號電壓高低時,也應當先用X10檔測一下,確認電壓不是過高後再選用正確有量程檔測量,養成這樣的習慣是很有必要的,不然,哪天萬一因為這樣損壞了示波器,要後悔就來不及了。經常有人提問,為什麼用示波器看不到晶振引腳上的波形?一個可能的原因就是因為使用的是探頭的X1檔,這時相當於一個很重的負載(一個示波器探頭使用×1檔具有上百pF的電容)並聯在晶振電路中,導致電路停振了。正確的方法應該是使用探頭的X10檔。這是使用中應當注意的,即使不停振,也有可能因過度改變振盪條件而看不到真實的波形了。 4、示波器探頭在使用時,要保證地線夾子可靠的接了地(被測系統的地,非真正的大地),不然測量時,就會看到一個很大的50Hz的信號,這是因為示波器的地線沒連好。 如果你發現示波器上出現了一個幅度很強的50Hz信號(我國市電頻率為50Hz,國外有60Hz的),這時你就要注意下看是否是探頭的地線沒連好。由於示波器探頭經常使用,可能會導致地線斷路。檢測方法是:將示波器調節到合適的掃描頻率和Y軸增益,然後用手觸摸探頭中間的探針,這時應該能看到波形,通常是一個50Hz的信號。如果這時沒有波形,可以檢查是否是探頭中間的信號線是否已經損壞。然後,將示波器探頭的地線夾子夾到探頭的探針(或者是鈎子)上,再去用手觸摸探頭的探針,這時應該看不到剛剛的信號(或者幅度很微弱),這就説明探頭的地線是好的,否則地線已經損壞。通常是連接夾子那條線斷路,通常重新焊上即可,必要時可更換,注意連接夾子的地線不要太長,否則容易引入干擾,尤其是在高頻小信號環境下。示波器探頭的地線夾子應該要靠近測量點,尤其是測量頻率較高、幅度較小的信號時。因為長長的地線,會形成一個環,它就像一個線圈,會感應到空間的電磁場。另外系統中的地線中電流較大時,也會在地線上產生壓降,所以示波器探頭的地線應該連接到靠近被測試點附近的地上。 5、有時順變脈衝串擾會對示波器造成干擾,造成誤觸發,可嘗試使用示波器的高頻抑制觸發模式,限制示波器帶寬等方法。 以上這段內容轉自網絡,但是我對50Hz的干擾產生的原因網上有説是來自空間的輻射,對此我不敢苟同,請教了公司裏一個工程師,給我的解釋挺合理的。如果示波器的測試地與被測設備的地接在一起,那麼信號的迴流路徑就最短,直接從示波器的探頭流到示波器的測試地,經過被測設備的地最後迴流到示波器的探頭。 但如果中間示波器的測試地斷掉了,那麼信號只能繞遠路迴流,探頭的信號經過示波器的大地,流到被測設備的大地,最後流到示波器的探頭,中間繞了一個大圈,而且引入了工頻50Hz的干擾。以上就是示波器的相關介紹,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-19 關鍵詞: 帶寬 應用技巧 示波器

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