示波器基礎(chǔ)知識100問（上）

　　17． 使用一臺標(biāo)稱100MHz 的DSO 示波器，測量一個高頻開關(guān)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。

　?、?數(shù)字示波器中對于波形和上升時間的描繪都是通過實時采樣電路和高速 A/D 變換器 獲得波形數(shù)據(jù)，再通過插值運算得到的。

　?、?在泰克的示波器中，有實時的處理電路完成所謂的正弦內(nèi)插功能，在信號采集電路 部分完成。當(dāng)然，很多示波器也是通過示波器的主處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運算完成的，這個時候會 花比較多的時間。

　?、?對于您測量的信號，恐怕使用 100MHz 的示波器是無法進(jìn)行。50MHz 的方波，理論 上應(yīng)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(zhǔn)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(yīng)該比信號快 5 倍以上。

　　⑤ 探頭也一樣，由于普通探頭在測量高壓的時候會產(chǎn)生高頻失真的效應(yīng)，您應(yīng)該采用 特別的差分探頭或者高壓探頭比如，泰克的 P5205，P5100 進(jìn)行測量。

　　18． 如何在模擬電路用好數(shù)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：

　?、?示波器的接地問題，示波器的機(jī)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，由于普通探頭通常都有一段接地線，會與待測點 構(gòu)成一個類似環(huán)形天線的干擾路徑，引入 比較大的干擾，因此要盡量減少這一干擾，可以采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(nèi)的地點接觸待測點進(jìn)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，用于高速 信號測量的 P7350 提供高達(dá) 5GHz 的帶寬。

　?、?在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集（Hi-Res）的信號捕獲模式，可以過濾信 號上疊加的隨機(jī)噪聲。

　　19． 在測量離板信號線的傳導(dǎo)騷擾時，發(fā)現(xiàn)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。初步分析是由于板上的開關(guān)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(dāng)會產(chǎn)生噪聲，影響測試結(jié)果。

　　20． 在用泰克的示波器時，如何理解Holdoff 這個參數(shù)？

　　答：Holdoff（觸發(fā)釋抑）的含義是暫時將示波器的觸發(fā)電路封閉一段時間（即釋抑時間）， 在這段時間內(nèi)，即使有滿足觸發(fā)條件的信號波形點示波器也不會觸發(fā)。在數(shù)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(fā)部分的作用就是穩(wěn)定的顯示波形，觸發(fā)釋抑也是為了穩(wěn)定顯示波形而設(shè)置的功 能。主要針對大周期重復(fù)而在大周期內(nèi)有很多滿足觸發(fā)條件的不重復(fù)的波形點而專門設(shè)置 的。比如圖中所示，圖中紅色的點都可以滿足觸發(fā)條件，如果不用釋抑功能，觸發(fā)點將不固 定，造成顯示不穩(wěn)定，使用觸發(fā)釋抑后，每次都在同一個點觸發(fā)，因此可以穩(wěn)定顯示。 此外，對于調(diào)幅信號等也一樣要使用觸發(fā)釋抑。

　　21． 關(guān)于holdoff，所謂觸發(fā)與非觸發(fā)，示波器對采集信號的處理有什么區(qū)別？

　　答：對于數(shù)字示波器，不論是否觸發(fā)，示波器實際上都是在不斷地采集波形，但是如果只有 穩(wěn)定的觸發(fā)才能有穩(wěn)定的顯示。也會出現(xiàn)這種狀況，示波器觸發(fā)電路的模式出于“自動”模 式，即不論是否滿足觸發(fā)條件都進(jìn)行波形顯示。如果使用“通常”Normal 模式，不滿足觸 發(fā)條件就不會顯示波形。

　　22． 關(guān)于holdoff，如果在水平時間分辨率不變的前提下，是否百分比設(shè)置越大（對應(yīng) 信號顯示逐漸穩(wěn)定）那么就意味著信號的周期越長？

　　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），然后用數(shù)學(xué)運算，得到 ch1-ch2 的波 形并進(jìn)行分析，這時盡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(shè)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(jìn)行符合 USB 組織定義 USB1.1/2.0 總線的物理層測試規(guī)范，只有通過 USB 一致性測試后方可打上 USB 標(biāo)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(zhì)量如何，像 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(jìn) 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，需要選擇大于 2GHz 的示波器和差分探頭進(jìn)行測試。

　　25． PCB 板上的高速信號特征：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(dá)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(nèi)插的 方式，或類似等效采樣的方式來采集，但由于本身帶寬和觸發(fā)抖動等因素，在其測量 100ps ~ 130ps 范圍內(nèi)的上升時間時，采用 7GHz 差分探頭可保證誤差《3%，對于《 80ps 的上升時 間測量，其誤差會大于 10%， 雖然這已經(jīng)是實時示波器中最好的方案，單就上升時間測量而 言，最精確的方案是安捷倫的網(wǎng)絡(luò)分析儀（需配上物理層分析軟件），因為其帶寬可高達(dá) 50GH z。

　　26． 對時鐘的相位噪聲參數(shù)的要求很高的設(shè)計，需要考慮哪些關(guān)鍵性的問題來降低相位噪聲？

　　答：在 ADC，DAC 的器件中衡量性能有很多項指標(biāo)：象位數(shù)、轉(zhuǎn)換速度、DC 精度、開關(guān)性 能、動態(tài)性能（SNR， SINAD，IMD）等等。