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数字示波器的选购
点击次数:1381 发布时间:2014-06-17

示波器看似简单,但如何选择,也存在许多问题。

  一、了解您需要测试的信号

  您要知道用示波器观察什么?您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?您的信号是否有复杂的特性?您的信号是重复信号还是单次信号?您要测量的信号过渡过程的带宽,或者上升时间是多大?您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等?您打算同时显示多少信号?您对测试信号作何种处理?

  二、确定测试信号带宽

  带宽一般定义为正弦波输入信号幅度衰减到 -3dB时的频率,即幅度的70.7%。带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽,示波器将无法测量高频信号,幅度将出?#36136;?#30495;,边缘将会消失,?#38468;?#25968;据将被丢失;如果没有足够的带宽,得到的信号所有特性,包含响铃和振鸣等都毫无意义。

  一个决定您所需要的示波器带宽有效经验——“5倍经验准则”:将您要测量的信号zui高频率分量乘以5,使测量结果获得高于2%的精度。

  在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知?#28010;?#30340;zui快上升时间,这时频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间:Bw=0.35/信号的zui快上升时间。

  数字示波器带宽有两种类型:重复(或等效时间)带宽和实时(或单次)带宽。重复带宽只适用于重复的信号,显示来?#26434;?#22810;次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的zui高频率,?#19994;?#25429;捉的事件不是经常出现或瞬变信号时就更为重要,实时带宽与采样速?#24335;?#23494;。

  带宽越高?#33014;茫?#20294;是更高的带宽往往意味着更高的价格,因此应按照预算来选择您要观察的信号频率成分。

  三、A/D转换器的采样速率(或采样速度)

  单位为每秒采样次数( S/s),指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速?#35797;?#24555;,所显示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丢失的概?#31034;?#36234;小。

  如果需要观测较长时间范围内的慢变信号或低频信号,zui小采样速?#31034;头?#25381;了作用,为了在显示的波形记录中保持固定的波形数,需要调整水平控制旋钮,而所显示的采样速率也将随着水平调节旋钮的变化而变化。

  如何计算采样速率?计算方法取决于所测量的波形类型,以及示波器所采用的信号重建方式,例正弦插入法,矢量插入法等。为了准确地再现信号并避免混淆,奈奎斯定理规定:信号的采样速率必须不小于其zui高频率成分的两倍。然而,这个定理的前提是基于无限长时间和周期连续的信号。由于示波器不可能提供无限时间的记录长度,而且从定义上看,低频干扰是不连续的,也不是周期的,所以采用两倍于zui高频率成分的采样速率通常是?#36824;?#30340;。

  实际上,信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法,即波形重建。一些示波器会为操作者提供以下选择:测量正弦信号的正弦插值法,以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。

  有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插(通过筛选以便在取样点间重新生成),则(采样速率/ 信号带宽)的比值至少应为 4∶1 ;无正弦内插时,则应采取 10∶1 的比值。

  四、屏幕刷新率也称为波形更新速度

  所有的示波器都会闪烁,示波器每秒钟以特定的次数捕获信号,在这些测量点之间将不再进行测量,这就是波形捕获速率,也称屏幕刷新率,表示为波形数每秒(wfms/s )。一定要区分波形捕获速率与A/D采样速率的区别。采样速率表示示波器在一个波形或周期内A/D采样输入信号的频率 ;波形捕获速?#35797;?#26159;指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别,且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性,并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况,如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。

  五、选用?#23454;?#30340;存储深度,也称记录长度

  存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以重现信号所须的采样速率,可以计算出所要求的存储深度。

  存储深度与采样速率密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。现代的示波器允许用户选择记录长度,以便对一些操作中的?#38468;?#36827;行优化。分析一个十分稳定的正弦信号,只需要500点的记录长度;但如果要解析一个复杂的数字数据流,则需要有一百万个点或更多点的记录长度。在正确位置上捕捉信号的有效触发,通常可以减小示波器实际需要的存储量。

  六、根据需要选择不同的触发功能

  示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描,使信号特性清晰。触发控制?#30913;?#21487;以稳定重复的波形并捕获单次波形。

  大多数用示波器的用户只采用边沿触发方式,如果拥有其它触发能力在某些应用上是非常有用的,特别是对新设计产品的故障查寻,先进的触发方式可将所关心的事件分离出来,找出您关心的非正常问题,从而zui有效地利用采样速率和存储深度。

  现今有很多示波器,具有先进的触发能力。触发能力主要围绕三个方面:①有关垂直?#36739;?#30340;幅度,例瞬态尖峰触发、过脉冲或短脉冲触发等;②有关水平?#36739;?#30340;与时间有关的触发,例脉冲宽度、窄脉冲、建立/保?#36136;?#38388;等设定时间宽度的触发形式;③扩?#36141;?#24120;规触发功能的组合能力,例对视频信号或其它难以捕捉的信号,通过时间?#22836;?#24230;组合设?#20040;?#21457;条件进行触发。触发能力的提高,可?#28304;?#25552;高测试过程的灵活性,并简化工作,尤其现今的示波器对数据总线的触发能力大大提高,例如CAN、I2C等。

  七、通道能力,包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道间隔离能力

  您需要的通道数取决于您的应用,?#26434;?#36890;常的经济型故障查寻应用,需要的是双通道示波器,然而要求观察若干个模拟信号的相互关系,将需要一台4通道示波器,许多工作于模拟与数字两种信号的?#20302;?#24037;程师可以选择混合信号示波器(MSO),它将逻辑分析仪的通道计数及触发能力与示波器的较高分辨率综合到具有时间相关显示的单一仪器中。如果您测量三相电,可控硅等有源器件或线路,两端之间没有的零点,即所谓的浮地信号,这时候从操作安全和精度出发,应选用隔离通道示波器;如果比较多通道的时序和相移,应选用两通道以上示波器,这时通道之间的隔离更显重要。

  八、对异常现象的捕获

  三个主要因素影响着示波器显示日常测试与调试中所遇到的未知和复?#26377;?#21495;的能力:屏幕刷新速率、波形捕获方式和触发能力。波形捕获模式有:采样模式、峰值检测模式、高分辨率模式、包络模式、平均?#30340;?#24335;等。屏幕刷新速率指给您关于示波器对信号和控制的变化反应快慢,使用峰值检测有助于在?#19979;?#30340;信号中捕捉快速信号的峰值。

  九、示波器的性能和指标

  示波器的指标有很多:如垂直灵敏度、扫描速度、垂直精度、时间基准、垂直分辨率等等。示波器的性能取决?#25918;?#30340;质量,关键在于质量、稳定性和校准服务等。

  十、分析功能有助于您事半功倍

  数字示波器的zui大优点是它们能得到的数据进行测量,且按一下?#30913;?#21363;可实现各种分析功能。虽然可利用的功能因厂家和型号而异,但它们一般包括频率、上升时间、脉冲宽度等测量,有些示波器还提供很多分析模块,例FFT、功率分析、数学运算等超常功能。

  十一、相应配套的附件和探头

  容易忘记的一点是,当装上探头时,它就成为整个测试电路的一部分了,结果探头将造成电阻性、电容性和电感性负载,使示波器呈现出与被测对象不同的测量结果。因此,针对不同应用配有相应的探头,然后选择其中一种,使负载效应zui小,使信号得到zui的复现。由于SMT 元件的发展,连接更困难,使用不同的附件满足特殊需要。

  十二、示波器的操作性能

  很显然,如果您不能访问各种功能,或者要花很多时间去学习它们,那么您的示波器将价值不大,?#23454;?#30340;培训和?#24418;?#25805;作界面会使您突破使用上的障碍。

  十三、示波器的数据管理和通讯能力

  对测量结果的分析非常重要。将信息和测量结果在高速通信网络中便捷地保存和共享变得?#25214;?#37325;要。

  示波器的互联性提供对结果的分析能力并简化结果的存档和共享。示波器通过各种接口( Pass/Fail 、 RS-232、 USB 或以太网)和网络通信模式提供一系列的功能和控?#21697;?#24335;。

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