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1、1,2.4取样示波器 （简介） 利用取样技术把高频重复信号变成低频离散信号加以非实时显示。 一、实时示波器 无论是连续扫描还是触发扫描，都是在被测信号可经历的实际时间内显示信号波形，即测量时间（一个扫描正程）与被测信号的实际持续时间相等。故称实时测量方法，与此相应这种示波器叫“实时示波器”。 二、实时示波器的缺点 实时示波器的上限工作频率直接受下列因素的限制 1、受到示波管上限工作频率的限制。 2、受Y通道放大器带宽的限制。 3、受时基电路扫描速度的限制 。（扫速必须与信号速度相当）,2,三、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：
2、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),t,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,(a),(b),3,有信号,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 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，,4,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,量化取样电压,5,取样示波器的Y通道,电路反馈,取样门,取样
3、门脉冲,平滑调整,延长门脉冲,至Y放大器,延长门,闭环取样电路组成框图（差值取样）,A2=1,6,取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点，在 时刻进行第一次取样，第二次取样在 进行。两次可以相隔mT个周期，每一次比前一次延迟 。（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 。由于包络波形所需时间拉长（相对扫速降低），就有可能用一般低频示波器显示。 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
4、板加什么样的电压？,由上述可见：,7,取样电压,合成波形两点间 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,8,四、取样示波器的基本组成,取样门,延长电路,Y放,取样门脉冲发生器,延长门脉冲发生器,触发,放大分频,快斜波发生器,比较器,阶梯波发生器,X放,延迟脉冲,a,b,c,d,e,f,g,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 上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲,取样密度,经脉冲形成电路,等效扫速,输入,9,具体过程由各点波形加以说明：,2,3,二者比较产生 ( e),1,分频,取样门脉冲,量化取样电压,10,脉冲（e）的三个作用： 作为 步
5、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 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,11,取样密度与X轴阶梯电压的关系如图,屏上总点数,X方向最大偏转电压,阶梯波每级上升的电压,固定,（三）等效扫速 等效于被测信号经过了 时间与水平方向展宽的距离L之比。,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。,
6、12,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,取样示波器与通用示波器的主要差别：,只能测量重复频率较高的信号。,信号是阶梯式变化的（非线性）。,13,2.5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,14,测频率,扫描速度,N很大时用,相位差的测量（同频率、图形简单的两个信号） a：线性扫描法,不适合的情况：相差较小时不易分辨,超前信号作为触发信号,9格,1格,15,、,李沙育图形法（频率较低，且图形简单）可测频率比、相差等,椭圆方程,16,Eg:要在X=10CM长度上（1）对f=10MHz的信号显示两个完
7、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： （2）每周期宽度,能显示一个完整的波形,17,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 。 （3）如果X、Y两通道之间存在固有相位差 且 试设计一种测量方法，确定其 和 的大小（不要求写出椭圆 法具体计算公式）。 解：,被测网络,利用同一信号同时输入示波器X、Y输入端求出 固有相位差。,再将 和 送入X、Y输入端测得 则,信号源,18,示波器的选择及正确使用
8、：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。 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,19,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 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
9、 可进行自校准,20,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。 2、能实时存储、
10、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。,21,数字荧光示波器和数字示波器的结构区别：,采样,A/D 变换,信号分离,捕获存储,微处理,显示,捕获存储,放大器,A/D 变换,数字荧光DPX处理 获 取 捕 捉,显示记忆,显示,p,数字存储示波器（DSO)串行结构,数字荧光示波器（DPO)并行结构,22,（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
11、。（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结果：,500M有高频细节,上升时间快,150M高频信号细节丢失,上升时间减慢,20M显示波形面目全非,100M上升时间变慢,幅度有衰减,23,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 与通带宽度或者说高频端有关 设：示波器的高端频率为: （ ）,若被测信号实际上升时间为,且,则示波器的影响忽略不计,否则,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：,示波
12、器的固有,上升时间为,24,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：,探针,塑料外壳,金属屏蔽罩,至示波器输入端,屏蔽电缆,9M,（1M）,示波器的输入阻抗,25,高输入阻抗低输入电容探头，可减小对被测电路的影响,（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，或者只在50 输入时才具有。,26
13、,IWATSU岩崎模拟存储示波器（500mhz)TS-8500,27,模拟存储54610系列示波器(Agilent安捷伦）,28,54620系列示波器（模拟、数字存储混合系列）,29,54620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 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 间歇性事件，从而忠实复现信号的真情实景。 比常规数字示波器快25倍。为测量增加了专门的统计功能。 示波器上的每一点均以32级亮度显示，越亮的
14、点代表越多的采 样。 并能用平移和缩放功能容易地找到关注区域内的细节。 所有信息均可在全速下以高达5ns的分辨率在一次测量中获得,30,手持式数字示波器（THS720P-） 全功能示波器+数字万用表+谐波分析仪+功率计 集多种功能于一体。 1000Vrms测量能力和隔离通道结构。 100MHz数字式实时带宽和功率测量。 实际RMS数字式万用表和功率计的巧妙结合可提供最大的灵活性。 可以测量第31谐波（30Hz至450Hz基波）。 功率测量和统计。 PWM电动机触发器。 高分辨率、背景光显示和上弹式菜单。,31,FLUKE,32,（泰克）,33,34,35, 1000MHz、500MHz 二种带
15、宽，最高实时采样速率达5GS/s。 详见技术参数表； 强大的数字荧光技术（DPO）； 2 通道和4 通道两种型号； 5 GS/s 最大实时取样速率； 高达8 MB 的记录长度； 100,000 wfms/s 最大波形捕获速率； 直观的用户界面，操作简便； 开放的MicrosoftWindows 结构，提供了内置连接能力； 占用空间小； 明亮的10.4 英寸(264 mm)显示器； 业内领先的高级触发器套件； 内置打印机(可选)； 光盘刻录机(可选)； 能够与泰克逻辑分析仪满足信号完 整性测试。,TDS5000数字荧光示波器功能概述：,36,特点与优点带宽型号包括4GHZ，1GHZ和500MHZ
16、实时采集速率达20GS/S存储深度达32M最大波形捕获速度大于400，000波形/秒抖动测量达1PSrms图形操作界面可通过传统式直接控制旋钮，彩色触摸屏或鼠标进行操作控制开放式WINDOWS平分环境标配联网功能,TDS7000数字荧光示波器性能概述：,37,作业：3.1、3.2、3.6、3.7、3.8、3.9、3.10、3.18,38,TDS210、TDS220、TDS224数字存储示波器 特点和优点： 60MHz或100MHz带宽，对所有通道均提供1Gs/s的采样率。 2和4通道。 双时基。 自动测量：周期、频率、周期均方根、平均值、峰间值。 波形和设置存储。 选择模块，软件和探测选件可扩
17、展测量能力。 信号捕获系统：带宽、取样速率、输入通道、敏感度（带校准微调）全带宽时为10mv5mv ；20MHz时为2mv-5mv/div 。垂直缩放垂直放大或缩小动态或静态的波形。 捕获模式：取样，取平均值，峰值检测截获高频和随机毛刺，可在5ms/div至5s/div的所有“时间/分度”设置内用捕获硬件获取窄至10ns的毛刺。,39,54610示波器 水平准确度 0.01% 最大显示更新率 1,500,000点/秒 水平分辨率 25ps 54615B 水平分辨率 20ps 可揭示被较低速的示波器所掩盖的 信号细节。 54616B 采样率提高一倍， 全彩色显示 采样率：许多示波器在快速扫描时可
18、提供高采样率。,40,手持式示波器THS700A系列: THS700A/DMM 全功能的数字实时示波器/真有效值的数字多 用表。（电池） 两种工作模式可同时和独立的对同一个信号或分离的不同的 信号进行测量。 光标测量、视频触发、电压和电阻的测量及储存能力。 多种触发能力：外部触发、延迟触发、脉冲宽度触发及视频 触发。,41,时基系统（主系统和窗口系统）：水平缩放水平放大或缩小动态或静态的波形；时间/分度范围5ns至5s/div；记录长度每通道2500取样点。 非易失性存储器：波形两个2500点基准波形；设置5个前面板设置存储。 触发系统(仅主系统）：触发类型边沿（上升或下降），视频，设为50%。 触发方式：自动，正常，单扫描。 波形处理：数学运算加，减，反相；自动测量峰峰值、平均值、均方根值、周期频率。,