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標題: 泰克示波器-常規(guī)測量需要必備的工具 [打印本頁]

作者: agitek123 時間: 2018-10-17 11:00
標題: 泰克示波器-常規(guī)測量需要必備的工具
幾年之前的某些"尖端"測量手段如今已成為常規(guī)方法。幾乎每個工程師都可以講述一些這樣的經歷：他們如何追蹤由于信號的幾個納秒的延遲或幾乎無法察覺的瞬態(tài)而引發(fā)的問題。在測量現在的電路時，必須要處理更快的信號邊緣、更高的時鐘頻率，還要處理模擬量，在數字系統(tǒng)中更是如此。同一臺示波器，早晨用于描述時序，中午可能被用于排除模擬電路的故障，到了下午則用來測量電源。所有這些都是常規(guī)測量，但是需求的變化范圍卻很大。

　　讓我們考察一些"常規(guī)"的測量，看它們對示波器有什么要求：
　　基礎測量："信號是否存在"，波形，振幅和頻率（或周期），噪音。
　　盡管現在的頻率范圍比過去高，多數示波器完全能夠勝任這些測量。60MHz到100MHz的帶寬就能顯示出很理想的信號邊緣和瞬態(tài)細節(jié)。
　　對于基礎測量來說，示波器最可貴的優(yōu)點是容易使用。如今的數字存儲示波器使用了自動化的測量方法和游標，與網格線判讀的方法相比，其讀數更快捷、更精確。
　　數字測量：邊沿定時關系、瞬態(tài)、"單次"事件。
　　示波器的帶寬和采樣率對于數字測量是非常重要的。如果示波器"太慢"，則快速的邊緣跳變和過沖有可能被軟化甚至丟失。為了可靠地捕獲到不可重復的事件，示波器的采樣率（頻率）必須比被測信號的頻率高5－10倍。
數字電路測量：建立時間和保持時間，數據采集，總線故障。
　　數字電路測量有著與數字測量相類似的需求，不過游標和自動測量使得重復性的測試更加容易。為了對器件性能作出文檔說明，常常需要波形存儲功能。
　　電源測量：交流電壓、電流、諧波。
　　對于示波器來說，電壓測量和其他的動態(tài)測量并沒有很大的不同，只是電壓和電流值太高可能發(fā)生危險，而且信號可能沒有真正的接地。為此，需要采用專門的探頭技術。
　　在測量電源的諧波（為了使電源符合穩(wěn)壓電源的質量標準，應測量此參數）時，需要FFT（快速富利葉變換）工具提供信號的頻域圖。很顯然，為當今的測量任務選擇一臺通用的示波器是至關重要的。值得慶幸的是，現代的數字存儲示波器（DSO）能夠很好地勝任上述大多數測量任務。但是各種型號的DSO在特性、性能和價格上有很大差異。泰克公司的TDS2012 DSO是那個價位的示波器中最為通用的一種，其帶寬為100兆赫茲（采樣率為1 GS/s），可自動測量，非常輕便（重量僅有1.5公斤），有波形存儲功能，有多種探頭選擇和通信方式選擇。此外，該系列產品還以最為經濟的價位提供60MHz和100MHz、200MHz的一系列數字示波器。
◆ 數字電路測量
　　調試樣機是每個數字設計項目的組成部分。有時，如果電路的運行不穩(wěn)定，或者根本不工作，就必須確定主時鐘信號在整個系統(tǒng)中的傳送是否正確，在到達目的地時是否完好無損。通常有很多測試點和器件的引線需要檢查。在直觀地檢查信號的完整性時，常用的一個辦法就是測量它的頻率或振幅，或者兩者都測。
　　如果沒有自動測量手段，這個過程會因過于費時而失去了實際意義。TDS 2012這樣的自動化數字存儲示波器是數字電路測量的最佳工具。
TDS2012 的可以選擇波形的"聰明"自動設置（AUTOSET）功能，可以立即給出很合用的波形。AUTOSET能自動設置觸發(fā)方式、獲取方式、垂直標度因子，以及捕獲目標波形并將其清晰地顯示出來所需要的其他參數。通過屏幕上的波形可以很容易地檢查信號的畸變或失真。
　　下一步是用另一個內置的省時功能來測量頻率和振幅。利用MEASURE按鈕可以同時進行四種不同的自動測量并顯示結果。當從一個測試點移動到另一個測試點時，TDS 2012能夠保留這個設置，并隨著測量工作的進行重新估價出新的測量方式。圖1給出了測量結果。圖中顯示了時鐘信號，以及頻率、周期和振幅峰值的定量讀數。
　　如果在設計中把敏感的模擬電路和快速的數字元件組合在一起，那么數字的開關瞬態(tài)就有可能進入模擬電路。例如在錄像機中，這些瞬態(tài)可以疊加到視頻信號上并引起令人厭煩的畫面失真。模擬電路本身固有的噪音常常掩蓋了開關瞬態(tài)。那么瞬態(tài)是從哪兒產生的呢？
TDS 2012 示波器的平均（AVERAGE）方式能夠幫助你透過噪音看到令人棘手的瞬態(tài)并查明其原因。AVERAGE是獲取菜單中的一個選項。示波器最多可選擇128個獲取項，并生成一個平均的波形，只選擇能夠產生最佳結果的獲取數就可以了。
TDS 2012 的另一種獲取方式為峰值檢測（PEAK DETECT），可以捕獲快而窄的過沖。這種故障使模擬示波器和其他數字存儲示波器的等時獲取功能無法發(fā)揮作用。PEAK DETECT還提供了確保故障不會漏檢的另一種工具。
　　每個周期中的負向尖峰脈沖可能是轉換中的一個固定位造成的。請注意，TDS 2012的PEAK DETECT功能結合了它的高帶寬和10倍過采樣能力，使得瞬態(tài)在第一位置上暴露無遺。當前，這一功能在貼近檢查尖峰脈沖時是很有用的。
　　為此，要用水平位置調節(jié)將觸發(fā)指示器（屏幕頂部的箭頭）定位于屏幕的中心。在這一點上，主時基的位置（M Pos）應當為 0。然后，調整觸發(fā)電平使波形的過沖部分位于屏幕的中心。最后一步是用水平SEC/DIV調節(jié)將過沖展開。
◆ 集成電路參數測量
　　隨著時鐘頻率的逐年增加，邏輯器件的技術規(guī)范，建立時間和保持時間，變得更加重要。雖然制造商的數據表里提供了建立時間和保持時間參數，在電路中配置新的器件之前通常還是要對這些參數加以確認。TDS 2012 的時間游標簡化了建立時間和保持時間的測量。
　　建立時間是指有效數據到達和將數據采集到器件中去的時鐘邊緣之間的時間量。換言之，就是數據在被采集之前必須存在多長時間。圖5 描述的是數據和時鐘信號；本例中是時鐘的下降沿起作用。為了測量建立時間，只需按TDS 2012的CURSOR按鈕并選擇時間游標；然后，用垂直位置旋鈕將其定位。在本例中游標1 是設定在數據信號（下面的軌跡）振幅的50％處，而游標2 是位于時鐘下降沿的頂部。在波形右面"Delta"欄中的讀數即為測得的建立時間，本例中為10毫微秒。
在測量保持時間時要經歷同樣的過程。保持時間就是在時鐘信號的鎖存沿采集了數據之后該數據還必須保持有效的那段時間。
　　在描述IC器件的特性時經常要檢測信號的上升時間。TDS 2012 能夠自動測量上升時間和下降時間而無須使用游標。
在描述器件特性時經常需要將結果記錄在文檔中。如果在TDS 2012 上配備了接口模塊，即可通過接在并行端口的兼容打印機將波形打印出來，通過泰克的OpenChoice 軟件，示波器也可將信息發(fā)送到外接的PC計算機上或進行更多的參數測量。此外，這種示波器還能存儲兩個完整的波形數據以供在任何時候重新調用和顯示。
◆ 電源測量
　　電源測量有其特殊的要求。當然，電壓值和電流值通常是比較高的。但最重要的是，電源的測試點有可能是"浮動"的，即沒有參考接地。由于多數示波器都需要以地為基準的信號，所以必須使用能夠將示波器的地與電路的地隔離開的探頭。泰克公司的P5200差分探頭就是這樣的工具。這種探頭可以自供電，與TDS1000/2000完全兼容，而且最大測量范圍達1300伏，適用于電機驅動、供電和其他的浮動量的測量。
　　開關電源的穩(wěn)壓電路通常要使用功率MOSFET（MOS場效應管）。為了測量MOSFET上的Vds（漏極到源極的電壓）值（參見圖7），將P5200探頭連接到示波器輸入端，將其衰減開關設定為50X或500X（視待測電路的電平而定）。通過所用通道的VERTICAL MENU按鈕選擇與待測電平相匹配的垂直標度。這樣可以確保屏幕讀數的大小適當。P5200是差分探頭，有兩根導線跨接在測試點上。P5200的輸出是低電平的單端信號，可以像其他TDS 2012波形一樣用AUTOSET、自動測量或游標等方式獲取。
　　電流測量相當簡單。泰克公司的A621自供電電流探頭直接連接到TDS2012上，并以同樣的方法設置測量過程。電流探頭是非接入式的，傳感器"環(huán)繞"著導體，通過感應耦合來獲取信號。圖7所示的電流測量是將A621的傳感器端頭置于來自整流器和濾波器的導線周圍。
　　開關電源容易生成能夠返回到功率柵極的奇次諧波。為了能符合保證供電質量的穩(wěn)壓標準（如IEC 555），測量諧波內容的需求日益增多。TDS 2012還可進行諧波測量，自動地將常規(guī)的時域波形（如上述電壓波形或電流波形）轉換為它的頻率成分（諧波）。
◆ 結論
　　用示波器完成的很多測量都是"常規(guī)"的，但這并不意味著測量本身是簡單的。它們要求測量儀器不但能給出精確的結果，還要能夠簡化測量作業(yè)（諸如時間和振幅測量、過沖檢測、浮動電壓測量等）。泰克的TDS1000/2000系列示波器集所有這些屬性于一身，玲瓏小巧，經濟實惠，是每個工程師案頭必備之物。

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