示波器应用原理课件优秀PPT.ppt
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1、上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司横河示波器横河示波器1上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司主要内容主要内容(1)示波器基础示波器基础示波器可测量什么信号?示波器可测量什么信号?示波器硬件组图示波器硬件组图重要性能指标重要性能指标带宽,采样率,采样方法,内存长度,带宽,采样率,采样方法,内存长度,AD转换,数据显示,转换,数据显示,通道数,通道种类通道数,通道种类触发触发触发种类,触发模式触发种类,触发模式数据采集数据采集数据采集模式,内存安排数据采集模式,内存安排2上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司主要内容主要内容(2)数据分析数据分析光标,自动波形参
2、数测量,数学运算功能,内存波形搜寻光标,自动波形参数测量,数学运算功能,内存波形搜寻探头探头无源探头,差分探头,无源探头,差分探头,FET探头,电流探头探头,电流探头连通性连通性数据传输,远程限制,自动测量,软件数据传输,远程限制,自动测量,软件特殊应用特殊应用系列总线分析功能系列总线分析功能-CAN,I2C,SM,SPI电功率测量电功率测量/电功率分析电功率分析横河数字示波器横河数字示波器数字示波器系列和数字示波器系列和DL750示波记录仪示波记录仪3上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司Yokogawa:Yokogawa:横河简介横河简介&背景背景示波器基础示波器基础示波器主要测
3、量什么信号?示波器主要测量什么信号?示波器硬件组图示波器硬件组图主要性能规格主要性能规格触发触发波形采集波形采集数据分析数据分析探头探头连通性连通性特殊应用特殊应用横河数据示波器系列横河数据示波器系列主要内容主要内容4上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司 示波器测量信号示波器测量信号测量和显示测量和显示:1.1.在时间域内测量一个或多个电压信号在时间域内测量一个或多个电压信号2.2.比较一个电压波形上不同点的时间和电压比较一个电压波形上不同点的时间和电压3.3.比较不同电压波形上每一点的时间和电压比较不同电压波形上每一点的时间和电压为什么使为什么使用示波器用示波器?1.1.电压波形
4、观测电压波形观测 2.2.电压波形比较电压波形比较3.3.波形参数测量波形参数测量 4.4.异样波形显示异样波形显示5.5.保存波形数据保存波形数据 6.6.波形运算波形运算7.?7.?5上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司主要内容主要内容Yokogawa:Yokogawa:横河简介横河简介&背景背景示波器基础示波器基础示波器主要测量什么信号?示波器主要测量什么信号?示波器硬件组图示波器硬件组图重要性能指标重要性能指标带宽,采样率,采样方法,内存长度,带宽,采样率,采样方法,内存长度,ADAD转换,数据转换,数据显示,通道数,通道种类显示,通道数,通道种类波形采集波形采集数据分析数
5、据分析探头探头连通性连通性特殊应用特殊应用横河数据示波器系列横河数据示波器系列6上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司重要性能指标重要性能指标选择示波器时必需考虑的性能指标选择示波器时必需考虑的性能指标:带宽带宽 最高采样率最高采样率(实时采样和等效采样实时采样和等效采样)内存大小内存大小(内存长度内存长度)A/D 转换精度转换精度 波形显示方式和屏幕刷新率波形显示方式和屏幕刷新率 通道数通道数/通道种类通道种类7上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司带宽带宽(BW)(BW)带宽是选择示波器时带宽是选择示波器时最重要的性能指标最重要的性能指标 带宽指带宽指 模拟带宽模拟带宽
6、带宽取决于前端模拟回路带宽取决于前端模拟回路(从示波器输入端口到从示波器输入端口到数模转换数模转换).Note:带宽与采样率和数模转换没有带宽与采样率和数模转换没有必定联系必定联系.带宽同时也指示波器可高精度捕获最高频率的带宽同时也指示波器可高精度捕获最高频率的正弦波成分正弦波成分 带宽通常所指还是输入该频率正弦波时,正弦带宽通常所指还是输入该频率正弦波时,正弦波的衰减为波的衰减为 3 dB(or 30%)8上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司带宽如何影响采集信号带宽如何影响采集信号?带宽影响波形幅值带宽影响波形幅值:例如例如 当当100MHz100MHz正弦波被输入到正弦波被输入
7、到100MHz100MHz带宽带宽 DSODSO示波器时,仅有幅值示波器时,仅有幅值70%(-3dB)70%(-3dB)的正弦波信号被正常显示的正弦波信号被正常显示输入信号输入信号显示波形显示波形100 MHz100 MHz1Vp-p700mVp-p9上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司带宽如何影响采集信号带宽如何影响采集信号?BW:200 MHzBW:640 kHzBW:160 kHz同一输入信号同一输入信号带宽影响滤去噪音信号带宽影响滤去噪音信号:低带宽示波器显示波形结果与加滤低带宽示波器显示波形结果与加滤波器的高带宽示波器相同波器的高带宽示波器相同,假如您仅采集低频信号或想滤
8、除高假如您仅采集低频信号或想滤除高频噪音信号建议您运用低带宽示波器频噪音信号建议您运用低带宽示波器,但您有可能采集和识别但您有可能采集和识别不到意外噪音信号或波形信号不到意外噪音信号或波形信号.10上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司带宽需求带宽需求期望带宽期望带宽 3 3 倍于倍于 被测信号最高频率被测信号最高频率带宽(MHz)350/上升时间(ns)或带宽(Hz).35/上升时间(sec)(留意:示波器带宽在1GHz以下时运用参数0.35,示波器带宽在1Ghz以下时运用参数(0.40-0.45)67 MHz200 MHz167 MHz500 MHz误差5%以下可测量带宽 DSO
9、示波器带宽高带宽示波器可以精确并快速捕获波形的上升沿和下降沿高带宽示波器可以精确并快速捕获波形的上升沿和下降沿,但与此同时您也将捕获到高频的造影信号但与此同时您也将捕获到高频的造影信号.11上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司数模转换率数模转换率(ADC)(ADC)A/D ConverterSampling Clock 示波器基于时基时钟将模拟信号转换为数字信号示波器基于时基时钟将模拟信号转换为数字信号采样率。采样率。模拟信号模拟信号数字信号数字信号12上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司采样率采样率如何选择示波器的采样频率如何选择示波器的采样频率?数字示波器数字示波器
10、,可通过更改水平常间轴和内存长度更改采样率可通过更改水平常间轴和内存长度更改采样率 DSO Sampling Rate fmax x 10(fmax 为输为输入信号最高正弦波重量入信号最高正弦波重量频频率率)1)1)理论理论:依据奈奎斯特定例,假如正确捕获输入信号示波器采样频率至依据奈奎斯特定例,假如正确捕获输入信号示波器采样频率至少两倍于输入信号最高正弦波重量频率。少两倍于输入信号最高正弦波重量频率。2)2)实际实际:正确捕获重现波形信号,示波器最高采样率至少十倍于输入信号最正确捕获重现波形信号,示波器最高采样率至少十倍于输入信号最高正弦波重量频率。高正弦波重量频率。13上海横河国際貿易有限
11、公司上海横河国際貿易有限公司采样率足够高时采样率足够高时可选择插入方式重现波形可选择插入方式重现波形低采样率时低采样率时即使运用插入方式也即使运用插入方式也无法正确重现波形无法正确重现波形错误错误波形波形正确波形正确波形采样频率采样频率14上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司频率测量频率测量相同波形信号相同波形信号,为何测量出不同频率为何测量出不同频率?如下图,正弦信号(如下图,正弦信号(9.99 MHz9.99 MHz正弦波形)被输入到同一台示正弦波形)被输入到同一台示波器波器.差异仅为示波器不同的采样率差异仅为示波器不同的采样率差异仅为示波器不同的采样率差异仅为示波器不同的采样
12、率!10 MS/s(100 nsec interval)100 MS/s(10 nsec interval)15上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司Sampling rate is 20 x f0某些信号某些信号(例如锯齿波例如锯齿波)含有含有特别丰富的谐波成分特别丰富的谐波成分假设锯齿波的基波频率为假设锯齿波的基波频率为 f0,f0,将采样率设置为将采样率设置为20*f0,20*f0,看看发看看发生了什么?生了什么?Fold-over happens at 10 x f0(1/2 the sampling rate)Aliasing(a.k.a.Fold-Over Distort
13、ion)复合波形信号复合波形信号16上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司避开虚假波形避开虚假波形在运用示波器时,在运用示波器时,采样率采样率 10 x fmax 10 x fmax 是最好也是最有效的是最好也是最有效的避开采集到虚假波形的方法避开采集到虚假波形的方法-滤波器也能构起到确定的作用滤波器也能构起到确定的作用 滤波器滤波器 必需嵌入到硬件内必需嵌入到硬件内 软件滤波器效果不明显软件滤波器效果不明显 典型滤波器截至频率为采样频率的典型滤波器截至频率为采样频率的40-50%40-50%有效数字滤波器在截至频率的频率下降应是特别快速和敏感有效数字滤波器在截至频率的频率下降应是特
14、别快速和敏感 现在数字滤波器一般都供应低通滤波器,它可帮助精确测量波形现在数字滤波器一般都供应低通滤波器,它可帮助精确测量波形同时削减高频噪同时削减高频噪 音信号音信号17上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司示波器(示波器(DSODSO)供应两种典型采样方法)供应两种典型采样方法:1.1.实时采样模式实时采样模式2.2.等效时间采样等效时间采样(等效模式)等效模式)采样方法采样方法18上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司输入信号输入信号采样时钟采样时钟 通过连续采样采集波形通过连续采样采集波形,采集到的数据被采集到的数据被 保存到内存内并且显示采集波形保存到内存内并且显
15、示采集波形.在观测异样信号时必需运用实时采样模式在观测异样信号时必需运用实时采样模式1st2nd10th16th实时采样模式实时采样模式显示波形信号显示波形信号19上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司等效采样等效采样Trig 1Trig 2Trig n对于实时采样无法捕获到的高速信号,将通过复数触发采集到的数据在时间轴上排列并且再显示。等价采样速度相当与由触发点到到采样点的时间测量分解能。等价采样率:100GS/s=10ps 分解能 以周期信号为前提 触发点触发点20上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司采样速率采样速率&内存长度内存长度-内存长度计算公式内存长度计算公式
16、-内存长度内存长度内存长度内存长度=测量时间测量时间测量时间测量时间 x x x x 采样频率采样频率采样频率采样频率 很多人自然而然想到示波器采样率时越高越好-事实并非如此!足够大的内存长度也同样重要,因为足够长的内存可保证在所须要观测时间内保证高速采样。长内存不仅可以长时间观测波形信号,它也影响着示波器的采样率21上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司插入模式插入模式1GS/s ADCs1GS/s ADCs如何实现如何实现 2GS/s 2GS/s 高速采样高速采样?A/DA/DCHACHB内存内存采样时钟 1 GHz采样时钟 1 GHz(反相位)在插入模式下在插入模式下,两个两个
17、ADCsADCs被用于采集通道被用于采集通道A A输入信号输入信号(通道通道B B则被禁止运用则被禁止运用).).通道通道B B采样时钟则与通道采样时钟则与通道A A采样时钟正好相反采样时钟正好相反,所以可以实现双倍的采样速度所以可以实现双倍的采样速度.另外另外,通道通道B B内存也被安排到通道内存也被安排到通道A A内存内存,所以在采样率提高一倍的同时所以在采样率提高一倍的同时,内存内存也扩大一倍也扩大一倍.22上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司低速采样低速采样*数字示波器采样率较高 但是内存相对较小,所以在运用示波器时必需确定a)长时间低速采样 或b)短时间高速采样*这里长内
18、存示波器可在长时间之内维持高速采样!12345高速采样高速采样1 2 3 4 51 2 3 4 5 30Memory length:5 pts/time vs.30 pts/time采样速率采样速率&内存长度内存长度23上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司示波器重要组成部分示波器重要组成部分 ADC ADC模拟输入模拟输入SamplingEncoding数字输出数字输出10100011101010001010100110110011.数模转换精度数模转换精度A/D Converter1 bit:2 levels8 bit:256 levels12 bit:4096 levels16
19、 bit:65536 levelsA/D精度精度(#of voltage levels)=2n (n=number of bits)A/D 转换精度干脆转换精度干脆影响垂直轴精度影响垂直轴精度!24上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司A/D A/D 转换精度转换精度 运用不同精度运用不同精度ADCs ADCs 转换转换 01 V 01 V 模拟输入信号模拟输入信号1 bit ADC2 levels(0.5 V 精度精度)2 bit ADC4 levels(0.25 V 精度精度)11(0.75 1V)00(0 0.25 V)01(0.25 0.5 V)10(0.5 0.75 V)3
20、 bit ADC8 levels(0.125 V 精度精度)1(0.5 1 V)0(0 0.5 V)111(0.875 1 V)000(0 0.125 V)010(0.25 0.375 V)100(0.5 0.625 V)001(0.125 0.25 V)011(0.375 0.5 V)101(0.625 0.75 V)110(0.75 0.875 V)8 bit ADC256 levels(4 mV 精度精度)0000 0000(0-0.004 V)1111 1111(0.996-1 V)12 bit4096 levels(0.25 mV 精度精度)0000 0000 0000(0-.000
21、25 V)1111 1111 1111(0.99975-1 V)1000 0000(0.5-0.504 V)1000 0000 0000(0.5-0.50025 V)25上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司数字信号显示数字信号显示InformationLessMore1MW 内存500显示辨别率压缩显示Data ProcessingLessMore1MW 数据压缩显示压缩显示Decimation (thinning the data)?Display all data points!P-P data compression?如何将成千上万的采如何将成千上万的采样样数据数据显显示示在
22、在仅仅有几百辨有几百辨别别率的率的显显示屏幕上示屏幕上?26上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司1条线内显示条线内显示2千个数据千个数据 全点显示全点显示全部的数据(全部的数据(1MW数据)数据)显示在屏幕上,每条线显示在屏幕上,每条线上显示上显示2千个数据(千个数据(1MW除除500等于等于2000)过去的过去的P-P压缩显示法压缩显示法每每条线上仅显示这条线上仅显示这2千个数千个数据的最大值和最小值,这两据的最大值和最小值,这两点代替了这点代替了这2千个点千个点数据点数据点和内插和内插部分亮部分亮度由数度由数据点多据点多少来决少来决定定最大值最大值最小值最小值困难的显示并没有降
23、低画面刷新速度困难的显示并没有降低画面刷新速度 长存储并不意味着低刷新速度长存储并不意味着低刷新速度1MW的存储长的存储长显示屏显示屏全点显示全点显示27上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司全点显示有点在哪里全点显示有点在哪里?异样信号观测异样信号观测!通过波形信号的暗点和亮点可特别简洁的观测到波形信号的异通过波形信号的暗点和亮点可特别简洁的观测到波形信号的异样部分。样部分。全点显示全点显示波形放大波形放大全点显示全点显示放大 暗点处波形观测.异样信号!28上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司自主开发的自主开发的“D Dataata S Streamtream E En
24、gine ngine”实现了长存储的高速刷新!实现了长存储的高速刷新!新开发新开发 Data Stream Engine Data Stream Engine 在观测在观测1MW1MW数据的场合:数据的场合:最高刷新率为最高刷新率为3030画面画面/秒秒高速画面更新高速画面更新29上海横河国際貿易有限公司上海横河国際貿易有限公司大部分示波器可将触发点设置到内存中的任何一个位置大部分示波器可将触发点设置到内存中的任何一个位置(0-100%).(0-100%).可调整触发位置确定前置触发和后置触发波可调整触发位置确定前置触发和后置触发波形数据大小形数据大小.除设置触发位置之外除设置触发位置之外,也
25、可设置触发延迟也可设置触发延迟.触发延迟为从触发延迟为从波形达到触发电平到触发产生时所经过的时间波形达到触发电平到触发产生时所经过的时间.触发前数触发前数据也将被保存到内存当中据也将被保存到内存当中.触发位置和内存触发位置和内存数字示波器基于触发设置将波形数据保存到内存数字示波器基于触发设置将波形数据保存到内存.通过设置触发点通过设置触发点,您可将自定您可将自定义波形数据保存到内存义波形数据保存到内存.内存中触发点前数据叫做内存中触发点前数据叫做 “前置触发前置触发”波形数据波形数据.触发触发点后的波形数据叫点后的波形数据叫“后置触发后置触发”波形数据波形数据.内存内存长度长度触发电平触发电平
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