使用数字示波器需要注意的问题

数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点,其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异,如果使用不当,会产生较大的测量误差,从而影响测试任务。 示波器的使用时会有一些容易忽视的问题,本文就这些忽视问题做了详细的说明

    区分模拟带宽和数字实时带宽

    为了精确地测量频率响应和快速上升沿,示波器和探头必须具有足够的带宽。一个好的经验规则是示波器和探头(探头也有带宽限制)的带宽应该是被测信号最高频率的3~5倍。-3dB带宽衰减会引入30%的幅度测量误差,因此示波器和探头的带宽越宽越好。

    带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值,而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽,数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关(数字实时带宽=最高数字化速率/K),一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出,模拟带宽只适合重复周期信号的测量,而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆,实际上指的是模拟带宽,数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz,实际上是指其模拟带宽为500MHz,而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时,一定要参考数字示波器的数字实时带宽,否则会给测量带来意想不到的误差。

    有关采样速率

    采样速率也称为数字化速率,是指单位时间内,对模拟输入信号的采样次数,常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。

    1.如果采样速率不够,容易出现混迭现象

    如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号,示波器显示的信号频率却是50KHz,这是怎么回事呢?这是因为示波器的采样速率太慢,产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率,或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了,而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么,对于一个未知频率的波形,如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢?可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档,看波形的频率参数是否急剧改变,如果是,说明波形混迭已经发生;或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来,也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理,采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭,如一个500MHz的信号,至少需要1GS/s的采样速率。   2.采样速率与t/div的关系

    每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是,在任意一个扫描时间t/div,采样速率fs由下式给出:

    fs=N/(t/div)N为每格采样点

    当采样点数N为一定值时,fs与t/div成反比,扫速越大,采样速率越低。

    校准

    在使用示波器进行测量时最容易忽视的步骤之一是校准。校准是一种简单易行的方法,可以确保您的每次测量都是从头开始,不受上次测量的影响。在开始测量前应该进行手动校准,如果示波器带有自校准功能,您在测量前应该运行这个功能。欠补偿或过补偿的探头会引入幅度、上升时间和被测信号波形失真测量的严重误差。

    探头

    为具体的测量任务选用合适的探头总会得到最好的测量结果。通常,对于通用测量,10:1探头就足够了;但对于低幅度信号测量,您可能要考虑使用1:1探头。在进行高速测量时,应该着重考虑探头电容。具有大电容值的探头会减缓上升和下降沿,而且在检测某些器件(例如高速运放)的输入或输出端时,甚至会引起这些器件产生振荡。因此,测量高速电路的另外一点考虑是使用有源FET探头。有源探头通常具有较低的触点电容(通常为几个pF)和极高的阻抗,因此有源探头对任何被测节点都呈现极小的负载。

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文章来源北京凡实测控技术有限公司   文章链接:http://www.beijingfanshi.com/SYSZSBQXYZYWT


2018年11月07日

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