Training示波器基础.ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Page,*,示波器基础培训教程,汪进进,frankie.wang,13828763297,1964年成立,专业研制高能物理测试仪器.,1970,年开始生产电子测试仪器.,1984年开始生产数字示波器.,1995,年在,NASDAQ,股票市场上市,.,2002,年推出创新的,X,Stream,技术系列示波器,.,世界三大数字示波器供应商之一,.,串行数据市场占有率第一,世界上唯一一家专业、专注于数字示波器的公司,科学家的测试仪器,力科公司简介,丰富的高技术产品开发经验,公司总部设在美国纽约.,我们在持续创新,力科全系列示波器产品：为您探索数字世界保驾护航,60MHz-100GHz,示波器,带宽,Signal Complexity,1.5 GHz 6 GHz,100 MHz 500 MHz,60 MHz 300 MHz,200 MHz 1 GHz,400 MHz 2 GHz,4 GHz 30 GHz,100 GHz,通过量身定制扩展工程师的能力,应用深入的调试和分析工具箱，以数字方式和可视方式提取实用信息,准确地捕获、测量和显示信号,满足怀信心地查看、调试、验证或检查标准,一致性,集成,硬件和,软件结构，缩短测量时间，提供洞察力,我们创造示波器:,力科公司致力于做世界上最好的示波器,世界上最高带宽的示波器,30GHz VS 20GHz VS 13GHz,世界上最高采样率的示波器,80GS/s VS 50GS/s VS 40GS/s,世界上最高可分析存储深度的示波器,512Mpts VS 40Mpts VS 40Mpts,世界上最强大分析能力的示波器,300,倍眼图速度,最精确抖动分解方法,最快捕获异常信号能力,示波器的基本原理,带宽,采样率,量化误差,存储深度,通道叠加,插值算法,触发,特别工作模式,显示功能测量功能直方图,FFT,抖动追踪,WaveScan,TriggerScan,归档功能,示波器的基本原理,示波器的五大基本功能,5,Reasons People Buy DSOS,Capture,And Store The Signal,View,The Signal In A Variety Of Display Formats,Measure,The Signal Using Cursors And Parameter Readouts,Analyze,The Signal Using Waveform Math And Signal Processing,Document,The Signal Using Waveform Storage And Graphics Files,一般数字示波器工作原理简图,显示,显示,显示处理器,采集,输入信号,放大器,A,D,C,采集,存储器,数学处理器,&,协处理器,应用软件,RAM,测量与分析,存档,可存储到,软盘,IC,存储卡,以及,硬盘,连接到,计算机打印机,的数据总线,触发器,2,1,3,4,操作系统,DSO,的屏幕显示,垂直范围是,8,x Volts/Div,8,位,ADC,的256 二进制码,捕获时间=10,x Time/Div,采样率,=1/,采样周期,=,存储深度,/,采样时间,存储深度,=,采样率,x,采样时间,数字带宽,(,奈奎斯特频率),=,采样率,/,2,能观察到的最高频率和最低频率的比率,=,存储深度,/2,ADC Full Scale,捕获信号的原则,原则,#1,最小化量化误差,原则#,2,至少捕获感兴趣的一个周期的的低频成分,原则,#3,时刻警惕采样率，小心混叠,原则#,4,在有些时候使用一些特别的获取模式或处理方法,带宽,模拟带宽,数字带宽,系统带宽,带宽,带宽就是输出降低到输入的70.7%时的频率,带宽与上升时间,实际带宽,1,V,-3,db=0.707V,带宽,频率,电压,tr scope,(ns),=350/bandwidth(MHz),Measured risetime(tr),2,=(tr signal),2,+(tr scope),2,+(tr probe),2,需要多高的带宽？,需要多高的带宽？,首先取决于您需要测试的信号类型及您希望的测试准确度。,最重要的因素是对上升时间和幅值测量的准确度要求。,对串行信号而言，数据比特率和上升时间是最重要的两个因素.有一个非常好的评估准则是:示波器的带宽,1.8,X,信号比特率,.在这个准则下，,如果被测信号的上升时间20%,UI,那么1.8关系的带宽能捕获信号能量的99%.,上升时间与带宽的关系,PSD,vs,Risetime,and,Bitrate,This graph shows the Power Spectral Density of the frequency content of a serial data signal as a function of the,risetime,of the signal.Fast,risetimes,(0-10%of a UI)have more high frequency content.Note the horizontal axis is in multiples of the bit rate.Peaks are at odd multiples of half the bit rate.,This graph courtesy of Pete,Pupalaikis,延伸阅读,关于示波器的带宽,示波器响应方式对信号采集保真度的影响,Eye_Patterns_in_Scopes,Howard_Adequate_Bandwidth,采样率,采样基础,采样率是模拟信号中包含的最高频率的两倍时，模拟信号可以没有失真地被重构,这个采样频率被称为,Nyquist,频率,这表示数字化波形能表征的最高频率是采样率的一半,-,这就是波形理论上的数字带宽,窄带波形如正弦播需要,4,倍于信号频率的采样率,宽带信号如脉冲需要,以波形频率的至少,10,倍,来采样，决定于波形的,上升时间,采样过程,经过放大器的输入波形加到快速电子开关,每个采样周期内开关暂时关闭使保持电容被充电到采样电压值,摸数转换器在下一个周期前将每个采样点的电平转换为一个数字值,数字化基础,所有的力科示波器都采用了并行的模数转换器,(ADC),垂直精度是,8,位或者说是,1/256,模数转换的速率在,4,通道同时使用时可达到,40GS/s,在,ADC,的两通道或更多通道交替使用时可以达到更高的采样率,一个,4,位的,ADC,表示了数字化的典型工作原理,.,每个采样值和不用权重的参考值进行比较,.,比较器的输出解码为带符号的二进制数值,数字化基础,N,比特垂直精度的数字化仪将一个模拟电压转换为,N,比特的数字,#Bits,resolution,8 255:1,N (2,n,-1):1,数字化的输出采用带符号的二进制格式,采用带符号的二进制,屏幕顶部产生的代码是,+127,屏幕中间是,0,屏幕底部是,-128,二进制代码根据垂直增益和偏置量化后转换为电压值,数字化的精度可以通过信号处理方式如平均或加强分辨率（数字滤波）的方式增加,DecimalSigned Binary,[phone],+110000001,010000000,-101111111,-12800000000,为什么需用高采样,？,超过带宽,5,倍以上的采样率可保证好的测量精度,测试,脉冲波,需,在,上升沿,采样,大于5个点,高采样率减少了测试波形的失真。,采样率太低会导致混叠,如果一个信号一个周期采样少于两个点，采样出的信号频率低于实际频率。这种现象叫混叠。,混叠频率是输入信号频率和采样率或谐波频率之差。,混叠信号触发不稳或在水平轴移动。,哪个测量结果是正确的?,这两个波形看起来是一致的，但测量出的频率却大不相同,判断波形失真的线索:,上一个波形没有和触发点相对齐。,上一个波形测出的频率近似为下面波形的频率减去两倍采样率,经验:,Always keep an eye on the sampling rate!,Measured Frequency=28.049 MHz,Clock Sampled at 250 MS/s,Clock Sampled at 20 GS/s,Measured Frequency=527.9 MHz,取样速率的影响,取样速率决定捕获信号的时间分辨率,。,时间分辨率越高，可以查看的波形细节越多，但可以捕获的时间窗口会下降,。,27个样点,6个样点,量化误差,量化误差,8,位的,ADC能代表的是256个量化,级别,满栅格显示的信号充分利用了ADC,信号的显示小于满栅格增加了量化台阶,减小了精度,满栅格,=8-,bit,精度,栅格,=7-,bit,精度,栅格,=6-,bit,精度,不确定栅格=,V,full,scale,/2,n,n=number of bits,利用可变增益来精确测量信号的某一部分来充分利用好,ADC的范围,下面的信号的4倍衰减产生了4倍的量化误差,=2,bits,的精度误差,对上升沿的放大表明,了量化误差的影响,只有一个栅格的情况下,将每个波形压缩到1/4的尺度减小了垂直分辨率到6bits但允许所有的,波形被观察到,将每个波形都显示为满栅格保持有8,bits的垂直分辨率但很无法清楚地观察每个波形,Multi-Grid Eliminates Compromise,多栅格显示可以独立的使每个波形都能满栅格显示,不需要在高垂直分辨率和可视性方面妥协了,可选择1,2,4,8栅格显示,多栅格显示为每个输入通道提供了8-,bit的垂直分辨率,多栅格显示提高了垂直精度,Reduced standard deviation in lower display indicates improved measurement accuracy and repeatability,4,Traces Share Single Grid,4,Traces in 4 Individual Grids,多栅格显示提高了时域测量参数精度,Reduced standard deviation in lower display indicates improved measurement accuracy and repeatability,4,Traces Share Single Grid,4,Traces in 4 Individual Grids,延伸阅读,关于电源纹波测量,动态范围和纹波测量,存储深度,需要长存储的测试,雷达,无线通信,光产品调试,频域分析,因果调试,发现随机或罕见的错误,统计分析,抖动追踪分析,眼图,(,减少触发抖动的影响,),数据采集,高频与低频混合系统,最大存储长度,=,最高采样率,x,最大采样率窗口,力科,WM 8,Zi,系列,:,2,0,M =,20,Gs/s x 1m,s,DSO,取样速率和记录长度,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,记录长度,1,8,N,1,2,3,t,t,取样速率 =,N,t,/sec,时间窗口=记录长度/取样速率,放大器,时钟,显示处理器,模数转换器,8,取样和保持,采集内存,存储深度决定了实际采样率的大小,更大的存储深度在任何给定时间条件下会有更高的采样率,更高的采样率,=,更小的混叠,Sampling Rate,Time/Division,Acquisition Memory,10,GS/s,1,GS/s,100,MS/s,10,MS/s,1,MS/s,100,kS/s,100,ns,10,ns,1,ns,100,us,10,us,1,us,100,ms,10,ms,1,ms,100,ps,500,us/div,20,us/div,5,us/div,1,us/div,Application Example:Analyzing Serial ATA(1.5 Gbps)or PCI Express(2.5 Gbps)signal with Spread Spectrum Clocking requires timebase of 10 us/div to capture three cycles of SSC.,A scope with 250 kpts memory cannot sample at more than 2.5 GS/s and will alias the signal,A scope with 1 Mpts of memory can sample at up to 10 GS/s and can analyze the signal with reduced precision,A scope with 2 Mpts or more memory can sample at 20 GS/s and can analyze the signal without compromise,存储深度决定了有效带宽,在短的时基设定下，有效带宽由示波器模拟带宽决定。在长的时基本设定下，存储深度决定了有效带宽。,长存储使得有更高的采样率，结果导致随时间的增加,有效带宽的减小很小,Bandwidth(Analog&Digital),Time/Division(Minimum Visible Frequency),Acquisition Memory,10,GHz,1,GHz,100,MHz,10,MHz,1,MHz,100,kHz,100,ns,(1 MHz),10,ns,(10 MHz),1,ns,(100 MHz),100,us,(1 kHz),10,us,(10 kHz),1,us,(100 kHz),100,ms,(1 Hz),10,ms,(10 Hz),1,ms,(100 Hz),100,ps,(1 GHz),500,us/div,20,us/div,5,us/div,1,us/div,Application Example:Viewing AC power modulation on a signal requires a timebase setting of 2 ms/div to see one 60 Hz cycle.,A scope with 250 kpts memory has an effective bandwidth of 6.25 MHz at 2 ms/div,A scope with 1 Mpts memory has an effective bandwidth of 25 MHz at 2 ms/div,A scope with 100 Mpts memory has an effective bandwidth of 2.5 GHz at 2 ms/div,长存储能减小混叠,随着时基的增加，用到的存储深度会增加或采样率会下降,如果捕获时间和采样率的乘积超过了最大存储深度，采样率会下降,更深的存储深度使得在给定采样率下能捕获更长时间的波形,更深的存储深度使得在给定捕获时间下有更高的采样率和数字带宽,更高的采样率减小了混叠的风险,长存储能让你看到更多!,存储深度决定了DSO同时分析高频和低频现象的能力,低频信号中有高频噪音,高速信号中有低频调制,延伸阅读,采样率和存储深度,通道叠加,采样率和存储器是如何叠加使用的,当,2,通道工作时,通道,1,和,2,工作在叠加模式,通道,3,和,4,也工作在叠加模式,.,一个通道延迟,的采样周期采样使得采样率加倍,每个数字化芯片都可以工作在最大采样率,它们协同工作,.,采样过程中交替读取捕获存储器中的采样点,插值算法,插值,插值是指在采样的点中间添加数据点来使得波形平滑,开始使用该方法是为了弥补采样率的不足,不用的插值方法可能产生不同的波形,最常用的插值方法是,sin(x)/x,但也还有其它的插制方法,Sin(x)/x-The Good,sin(x)/x,运算法则对圆形信号重组很有帮助，如对正弦波,Sin(x)/x,不能解决非正弦畸变问题,1,GS/s No,Interpolation,1,GS/s sin(x)/x,Interpolation,Actual Signal,(200 GS/s,RIS Mode),Sin(x)/x-The Bad,Sin(x)/x,方法在用于直的上升沿信号上一定要小心,插值方法的预测性特点会导致在转换的位置上产生不正确的信号,前冲和过冲畸变,插值算法不能显示在数字采样中间意外的的行为。,显然，,“,干净,”,的波形能给出错误的安全感。,用户必须意识到示波器的这个特点,!,Pre-shoot,Overshoot,20,GS/s-No Interpolation,1,GS/s-sin(x)/x Interpolation,Both,Sin(x)/x-The Ugly,有些厂商默认为,sin(x)/x插值来掩盖采样率的限制,对正弦信号工作起来正常，但可能对一些方波信号会产生一些预想不到的后果,对大多数高端示波器的用户主要是的测试对象是方波信号,最好的方法是过采样，不要采用插值算法,假设要分析的信号的类型是冒险的,过采样对任何信号类型都是可靠的,原则,:,任何时候尽可能保证边沿上有4个采样点,含义,示波器必须有足够的存储深度来确保在快采样率下捕获足够的时间间隔,示波器处理速度要足够的快使得用户在使用长存储时有信心,延伸阅读,DSO,中的内插技术,触发功能,采集内存-循环缓冲,触发告诉,DSO,什么时候,停止,采集,在,DSO,中，触发可以位于记录中的任何地方,采集内存是一个循环缓冲，新数据会覆盖最老的数据，直到采集过程结束,n,n-1,n-2,n-3,最老的,样点,最新的,样点,T,触发点,=50%,的内存,触 发,触发：按照需求设置一定的电压幅值、时间、波形变化率等方面的条件，当波形流中的某一个波形满足这一条件时，示波器即实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。,触发条件的唯一性是精确捕获的首要条件,为了观察特定波形之前发生的更多事件，把触发点往显示窗口右方推移一段时间，即是延迟触发；,为了了解特定波形之后发生的更多事件，把触发点往显示窗口左方推移一段时间，即是超前触发。,1,隔离感兴趣的事件,2,稳定显示波形,触发电路的作用就是保证每次时基在,屏幕上扫描的时候，都从输入信号上与定义,的触发点相同的点开始，这样每一次扫描的,波形就同步的，从而显示稳定的波形，见图,b/c,；没有触发电路在屏幕上看到的将会是具,有随机起点的很多波形杂乱重叠的图象，见,图,a,。,触发是使用示波器最麻烦的一点，示波器,提供了许多触发方式，可根据测量问题加以,应用。,作为数字示波器来说，触发实际上参与了,确定波形的存储起点,。,3,2,1,不正常触发,正常触发,a,b,c,示波器触发的作用,1,触发源,2,，触发点,3,触发电平,4,，触发方式,5,触发模式,触发相关的五个名词,智能触发隔离出感兴趣的事件,边沿触发能识别出的只是信号边沿和电压,智能触发能被用于隔离想看的事件或信号中的异常部分并产生稳定显示的波形,宽度,毛刺,间隔,条件,状态,漏失,逻辑,智能触发的灵活使用=更快的结果,!,Trigger occurs on falling edge of narrower pulse,Trigger can occur on rising edge of either pulse,宽度(,Width),和,毛刺(,Glitch),触发,根据信号宽度值/毛刺值触发，可选正向或负向宽度/毛刺,可用于捕捉信号中的罕见宽度/毛刺信号.,能检测,600ps,到20,s,的毛刺,有包含/排外选择模式,最长保持,20,秒或,1到,9,999,999,个,事件,保持触发,holdoff,根据,信号满足设定持续时间值（,Time）,或事件数（,Evts,）,后触发,间隔触发,Interval,范围从,2,ns,到20,s,有包含/排外选择模式,根据信号,周期或间隔值大小触发,条件触发,Qualify,和状态触发,State,根据信号,周期或间隔值大小触发,状态触发,State:,当第二个波形设定,条件满足并保持该,状态后,在第一个,波形边沿处触发.,条件触发,Qualify:,当第二个波形设定,条件满足一次后,在第一个波形边沿,处触发.,状态触发,State,逻辑触发,Logic,各通道信号分别同,时满足所设定逻辑,电平条件及所选择,的逻辑关系后触发,可选逻辑条件:,与(,And),非与(,Nand,),或(,Or),非或(,Nor),CaseCade,触发,四级硬件触发,:A,B,C,D,每级触发包括以下触发方式,:,Width,Glitch,Window,State,Dropout,Interval,Timeout,Runt,and,SlewRate,按排列组合,总计共有,2500,种以上触发方式,延伸阅读,关于示波器的触发功能,I,关于示波器的触发功能,II,特别工作模式,实时模式,描述,操作中的正常模式,使用,适合重复性的和非重复性的波形.,缺点,只要采样率足够,没什么确定,顺序模式,描述,将存储深度分成若干段,每一段里被当作独立的存储空间,每一段里存放当前触发到的波形,给出相邻每个事件捕获的时刻和相邻两次事件的时间间隔,使用,适合于重复性和非重复性的波形,充分利用存储空间，忽略掉事件中不感兴趣的的部分,最小化捕获的死区时间,加快定位异常事件,顺序采集模式,Sequence,将示波器存储器分成数段，分段顺序记录符合触发条件的信号，,但不符合触发条件或无信号输入時，示波器将不采集信号。,分段时标可在时间状态中查看,2-20000,段,典型寂静时间为,6,us,从顺序采集模式的显示中发现问题,.,Mosaic,Perspective,Waterfall,随机间隔采样模式-,RIS,描述,RIS,工作原理和采样示波器类似，通过多周期采样来重组波形使得采样率很高,使用,只能用于周期重复性的波形,可以提高时域精度（达到,200,GS/s),缺点,需要重复采样来完成捕获，应用场合不多,波形刷新率很低,RIS,通过多次捕获产生一个重组的波形,RIS,模式下通过多次捕获来产生一个重组的波形，获得更高的有效采样率,测量出触发点和第一个采样点之间的时间作为定位每次捕获的依据,通过多次采样才能获得足够多的采样点，如果捕获过程被中断会看到,“,Incomplete RIS Acquisition,”,的信息提示,RIS,的工作原理就象采样示波器一样，通过多次捕获产生,重组后的波形从而具有更高的有效采样率,滚动模式,-,低速数据的快速查看,当采样率低于示波器显示的刷新率时，我们将采样到的每一个采样点都显示到屏幕上，这就消除了在实时模式下波形刷新之间的死区时间,滚动模式下的显示就如皮带轮的移动，随着采样的进行，采样点从左边逐渐移动到右边,示波器随着调节时基增加会自动进入滚动模式。但有些示波器的滚动模式不是自动选择的，每次要激活滚动模式时，必须设置好采样率和时基，从时基对话框中手动选择滚动模式,增强分辨率模式-,ERES,描述,ERES,通过对波形滤波,增强了垂直,分辨率,在,1/2,bit中增加了3bit的垂直分辨率,使用,适合于单次或周期重复性波形,减小波形上的噪音,增加电压测量的精度,缺点,在1/2bit上有效数字带宽,降低了50%,EBW=SR x 0.5,2n+1,SR=,采样率,n=ERES,中的比特位设置,波形平均,描述,对多次捕获到的波形进行平均,使用,只能对重复性的波形适合,减小波形上的噪音,帮助揭示重复性的异常信号,增加了电压测量的精确度,缺点,将掩盖瞬间事件,延伸阅读,顺序模式,RIS,和,Roll,模式,显示功能,模拟余辉,描述,累积多次捕获的数据点并用浓度、颜色和3D方式来分级,使用,揭示信号的失真,产生眼图,评估抖动,观察欠采样的波形,识别混叠,注意,触发抖动太大会对模拟余辉产生影响,模拟余辉能揭示混叠,余辉能被用来揭示混叠，显示真正的波形，不管是否欠采样,余辉轨迹平均能复制出实际的波形,可根据此波形来进行全面分析,条件,信号一定是重复性的,触发点相对于实际信号是稳定的,多栅格和多窗口处理波形,多达8个栅格分别显示各路信号,8个栅格中的每路信号都具8位垂直分辨率,多达8个相对独立的水平和垂直扩展窗,彩色指示能清楚的分辨各个窗口的信号源,串联扩展,并联扩展,8窗口显示和分析波形,Ch1,原始波形,F1-F8,分析显示,F1：,抖动分析,F2：,直方图分析,F4：,波形扩展,F5：FFT,分析,F6：,直方图分析,F7：,波形扩展,F8：,直方图分析,多窗口8,bits,显示波形-,更高的幅度分辨率,2个栅格分别显示2路信号,每路信号都具8,bits,垂直分辨率,高的幅度测试精度,1个栅格显示2路信号,每路信号只有7,bits,垂直分辨率,低的幅度测试精度,多窗口游标测量自动滚动显示,多窗口自动滚动显示,多窗口游标测量,XY,显示、余辉显示、三维动态,可同时显示时域信号和,XY,显示图,.,可分别设置各路信号余辉开关,.,可三维动态显示信号,.,CDMA,信号,测量功能,已捕获到了信号,下一步是?,一旦信号被高保真的捕获了之后，数字示波器提供了一系列的工具来从这些信号中提取有用的信息,光标测量,最基本的测量工具是从模拟示波器中沿用过来的,容易设置和使用,需要使用者去看测量波形,的位置,测量精度有限,容易有使用者误差,不能利用,DSO的处理速度和精确度,放大后用光标测量,放大有助于查看波形细节和用游标测量捕获时间很长的信号,放大能用于任何波形上,能同时显示8个波形,每个放大的波形都是完全独立的,源波形,水平位置和尺度,垂直位置和尺度,游标能表示出所有轨迹的时间和幅度关系,Screen shot shows a long acquisition(200 us 20 GS/s)plus a zoom plus two zooms on the first zoom!,Increases probability of capturing infrequent anomalies,参数测量,能同时显示8个测量参数,数据每刷新一次参数就重新计算一次,每个参数可分别设置测量门限,用自动测量功能的好处,快,方便,准确,可重复性,参数算法,参数算法,参数统计（,Statistics),一次测量屏幕上所有事件的参数,单次扫描可测量统计数以百万个事件,容易识别出异常的最大值最小值,显示的读数值没有包含测量参数的分布状况和周期性,Value of last measurement,Mean,Min,Max,Standard deviation,Number of measurements taken,仅仅测量当前捕获到所有波形中一个波形的参数,测量一次捕获到的所有波形的参数,一次测量所有波形的参数,(AIM),范围内参数测量,(Gate),范围内参数测量,(RQM),Parameter Qualifiers,Width Not Measured,Width Measured,C1 low,C1 high,RQM,功能在时序测试中的应用,自定义参数测量,Allows user-defined in-line custom measurements,自定义的测量参数可以像传统的参数一样添加到测量参数列表中,IEEE Risetime Definition,EMC Risetime Custom Definition,EMC,Risetime,Custom Definition,Custom EMC Pulse Measurement,EMC,Risetime,Custom Definition,延伸阅读,AIM,Range Qualify and Gate measurement,直方图,每个参数都有单独的,“,直方图,”,直方图表明了参数值的统计分布状态,直方图形状能提供电路特性的线索,直方图,什么是直方图?,直方图范围被分成子区域或柱体,直方图统计出参数值落入每个柱状中的次数，,根据次数相对整个区间事件次数的比值进行绘图。,Gaussian,Sinusoidal,Uniform,Linear,Bi-modal,直方图表示了信号的调制特性,参数直方图分析,频率直方图为正态分,布,揭示信号频率仅,有受噪声影响的随机,抖动.,脉冲宽度的直方图为,非正态分布,揭示信号,宽度变化有固有抖动,.,参数直方图描绘了数据或参数值在一个确定范围,(,Bin),内出现的概率.,参数直方图可显示和分析信号关键特征的稳定性和抖动,.,FFT,FFT,分析,测量参数,虚部,相位,功率密度,功率频谱,实部,窗口功能,Rectangular,Von,Hann,Hamming Flat Top,Blkman,-Harris,算法,LeastPrime,Power2,最大可分析,25,Mpts,采集数据,.,最小频率分辨率与捕获时间的关系,长存储产生更好的,FFT,结果,长存储增加了频率分辨率和提高信号对噪音的比率,一些非常细节的信息需要在20,Mpts,的记录长度下才能分析出来.,注意：对长波形的FFT分析需要超强的数据处理能力,超过有些示波器的运算极限!,Peaks are clearly resolved,Scalloped shape indicates pulse modulation,Peaks cannot be distinguished,Cannot tell anything about modulation,Capture Time,=1 ms(20 Mpts),Capture Time,=50 us(1 Mpts),FFT频率范围与采样率的关系,混叠与泄露,混叠,对那些具有无限频谱分量的连续时间周期信号如矩形和三角形等脉冲串，必然无法准确地从有限样点求得原始周期信号的频谱，而只能通过恰当地提高采样率，增加样点数，来减少混叠对频率分析造成的影响。,泄漏,由于截取长度不当，原来比较集中的谱线出现了分散基本的扩展谱线的现象。,为避免泄露，对周期序列进行频谱分析应该去一个基本周期或基本周期的整倍数为宜。若待分析的周期信号事先不知道其确切的周期，则可截取比较长时间长度的样点进行分析，以减少泄露误差。,不同的窗函数造成的泄露不一样。,窗函数,窗函数的选择原则,主瓣宽度要小，并含有总能量中的尽可能多的百分比，以获得较陡的过渡带。,与主瓣的幅度相比，旁瓣应尽可能地小。,为了减小泄露造成的误差，应该选择旁瓣峰值小而衰减快的窗函数。,抖动追踪,(Track),抖动追踪,:,在时域观察信号抖动或调制,抖动追踪可测量信号参数随时间的变化(如:周期,频率,宽度,周期-周期,占空比,时间间隔误差,通道延迟,半周期,保持时间,建立时间等).,扫描时间与原始信,号相同,用纵轴显示时间参,数的变化,既可用于时钟波形也,可用于数据波形,抖动追踪(续）,直方图揭示了参数值的统计分布,但不包括时间信息,抖动分析结果画出参数值相对于时间的变化轨迹,追踪的波形是逐周期计算的,追踪波形与源波形是时间上相对应的,Frequency is measured and plotted for each cycle,抖动追踪(续),长存储揭示了频率漂移的周期性特征,长存储在长的时基下防止信号因采样率不足而失真,PLL,时钟信号频率抖动.电源纹波电源纹波带来时钟信号额外的相位抖动.,抖动追踪应用-,时钟相位抖动分析,Power Supply Voltage,Demodulated Clock(TIE,JitterTrack,),Clock Signal,Demodulated Clock(,Frequence,JitterTrack,),抖动追踪应用-,电机驱动信号,WaveScan,WaveScan,TM,高级搜索和分析,20多种不同的扫描模式,单一触发捕获/扫描,/,查找,普通触发“扫描,”,高级采集后分析特性,实验：使用,WaveScan,来捕获毛刺、矮脉冲、上升时间异常,用,WaveScan,捕获欠幅信号,显示欠幅信号的幅度,自动以信号幅度的,10,、,90,来作为欠幅的高低电平值,WaveScan,Advanced Scan,a,nd,Search,设置非常简单,使用,cursor,测量波形边沿的宽度,像素或屏幕分辨率,(,量化误差,),会降低精度,只有单个波形,引入了触发抖动,More action for choice after acquisition,More than 23 parameters,For choice in,WaveRunner,Search/Scan Condition,WaveScan,Finding,Intermittents,that you cannot trigger on,This example finds rare edges that are,nonmonotonic,.,The result is isolation of signal faults which could not be found using a hardware trigger unless you already knew the nature of the failure.,WaveScan,Finding the Shape of Rare Events.,Its impossible to capture it using hardware trigger,In this example we see a zoom of a single rare event found by,WaveScan,.The user asked the scope to stop when it found a rare measurement of a,risetime,that was greater than normal,TriggerScan,128,TriggerScan,and,WaveScan,最快和最有效的调试工具,捕获多次发生的异常事件,-,一次捕获满,256,Mpts,存储深度,-,找出时间关系,Cause/Effect,IsolateProblem,Recognize Problem,几分钟内查出异常信号,而不是几个小时,理解,TriggerScan,的关键点,129,TrggerScan,是一种适合于调试信号的技术,一种典型的调试情形是：,工程师知道电路中有些问题，他会假定问题的可能来源（比如怀疑时钟信号有毛刺）,于是他有一种本能的冲动去寻找证据来支持他的假定,示波器上能看到想象中的毛刺,如果他找到了证据来支持他的假定或者隐隐约约能找到问题的蛛丝马迹，他需要通过触发来隔离出该问题，使有问题的信号“停留”在触发点,一旦他来触发到有问题的信号，他就能追溯到电路中的其它位置来定位出该问题出现的原因，找出因果关系或进一步地通过其它各种手段来深入洞察该问题的特性,理解,TriggerScan,的关键点（续）,130,TriggerScan,和,DPO,（或其它快刷新模式）在调试上的对比,调试问题的证据收集步骤,最容易，最简单的获得证据的方式是触发信号的边沿观察有没有毛刺。,这种传统方式下查看毛刺的能力和示波器的刷新率成正比，和毛刺的出现概率及信号的边沿速率（频率）成反比,Tek,和,Agilent,提供了一种快刷新模式,关于快刷新模式的一些简单的事实！,131,快新模式远没有您想象的那么快,一些简单的事实,对于一个,200MHz,的时钟信号，如果每,5,秒钟出现一次毛刺，用,100K/s,刷新率的示波器观察，平均需要,2.8,小时,!,这个例子表明