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標(biāo)題: 安泰測(cè)試給西安電子科技大學(xué)提供方案—（二十四）充分發(fā)揮示波器潛能的6大秘訣 [打印本頁(yè)]

作者: oho23 時(shí)間: 2022-5-23 14:34
標(biāo)題: 安泰測(cè)試給西安電子科技大學(xué)提供方案—（二十四）充分發(fā)揮示波器潛能的6大秘訣

充分發(fā)揮示波器潛能的 6 大秘訣

秘訣①?gòu)幕居|發(fā)開(kāi)始

給您的信號(hào)拍一個(gè)終點(diǎn)照

要充分利用示波器的功能，示波器觸發(fā)是您需要掌握的重要功能之一。如果您需要對(duì)當(dāng)今許多更為復(fù)雜高速的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，這一點(diǎn)尤為重要。

請(qǐng)將示波器觸發(fā)試想為賽馬的終點(diǎn)攝像。雖然這不是一個(gè)可重復(fù)的事件，但在第一匹馬穿過(guò)終點(diǎn)線時(shí)，相機(jī)快門必須與它的鼻子高度同步。在示波器上查看沒(méi)有觸發(fā)的波形就像隨機(jī)拍攝賽馬的照片。從比賽開(kāi)始到結(jié)束，您會(huì)看到很多匹馬，但不會(huì)得到真正需要的信息。

使用示波器的默認(rèn)觸發(fā)設(shè)置，示波器將在信號(hào)的上升沿觸發(fā)。這個(gè)觸發(fā)點(diǎn)會(huì)在屏幕中心（水平和垂直中心）顯示。

您想要使用哪個(gè)通道作為觸發(fā)源；您想要怎樣的觸發(fā)電平設(shè)置；您想在什么樣的邊沿（上升沿還是下降沿）觸發(fā)；以及水平和垂直位置控件，所有這一切都可以選擇，以幫助您獲取正在尋找的確切事件的“照片”。

秘訣②牢記探頭要點(diǎn)

選擇正確的示波器探頭

探頭用于連接示波器和被測(cè)器件（DUT），它們對(duì)于信號(hào)完整性至關(guān)重要。市面上銷售的示波器探頭有成百上千種，您如何選擇正確的那一款？這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有唯一的答案，因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)計(jì)都不盡相同。但是，在做出決定之前，您需要考慮一些不同的探頭特征。

帶寬

探頭的帶寬描述了探頭能將多高的頻率傳遞給示波器。探頭帶寬不夠一樣會(huì)造成嚴(yán)重的信號(hào)衰減，探頭帶寬和示波器帶寬選擇方法一樣。

衰減比

探頭具有不同（有時(shí)可切換）的衰減比，衰減比會(huì)改變信號(hào)進(jìn)入示波器的大小。如果衰減比較高，您可以查看較高的電壓，但它也會(huì)使示波器的內(nèi)部放大器噪聲更高。衰減比較低意味著您看到的示波器噪聲更少，

但會(huì)有更多的負(fù)載效應(yīng)可能讓您的信號(hào)變形。

牢記探頭要點(diǎn)。秘訣 2（續(xù)）

探頭負(fù)載效應(yīng)

沒(méi)有任何探頭能夠完美地再現(xiàn)您的信號(hào)，因?yàn)楫?dāng)您將探頭連接到電路時(shí)，探頭就會(huì)成為這個(gè)電路的一部分。這種現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)。給系統(tǒng)增加不必要的負(fù)載，可能導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，甚至?xí)淖冃盘?hào)的波形形狀！

電阻負(fù)載：最好是確保探頭的電阻超過(guò)電源內(nèi)阻的十倍，以使幅度下降小于 10%。

電容負(fù)載：確保探頭的標(biāo)定電容負(fù)載符合您的設(shè)計(jì)參數(shù)。

電感負(fù)載：使用盡量短的地線來(lái)降低電感負(fù)載（在信號(hào)中顯示為振鈴）。

無(wú)源探頭與有源探頭

無(wú)源探頭通常價(jià)格便宜、易于使用而且堅(jiān)固耐用。無(wú)源探頭是一種通用且精確的探頭類型。它們通常會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較高的電容負(fù)載和低的電阻負(fù)載。在探測(cè)帶寬小于 600 MHz 的信號(hào)時(shí)，無(wú)源探頭很有用。

有源探頭使用有源元器件來(lái)放大或調(diào)節(jié)信號(hào)，并需要電源才能工作。它們能夠支持更高的信號(hào)帶寬。有源探頭比無(wú)源探頭的價(jià)格要高得多，并且不像無(wú)源探頭那么堅(jiān)固耐用。有源探頭的負(fù)載效應(yīng)通常比無(wú)源探頭小。

無(wú)源探頭非常適合于定性測(cè)量，例如檢查時(shí)鐘頻率、查找錯(cuò)誤等。有源探頭則在定量測(cè)量方面表現(xiàn)出色，例如輸出紋波或上升時(shí)間。雖然有源探頭的成本高于無(wú)源探頭，但它們對(duì)測(cè)量精度有很大的影響。

秘訣③合理定標(biāo)波形

正確的信號(hào)定標(biāo)至關(guān)重要。

示波器的采樣速率和垂直分辨率對(duì)測(cè)量精度有影響，合適的信號(hào)刻度設(shè)置能讓優(yōu)化您的測(cè)量。

水平時(shí)基

在進(jìn)行與時(shí)間相關(guān)的測(cè)量時(shí)，水平時(shí)基是一個(gè)重要考量。當(dāng)您改變信號(hào)的水平時(shí)基（每格時(shí)間）時(shí)，您也改變了總信號(hào)采集時(shí)間。信號(hào)采集時(shí)間進(jìn)而會(huì)影響示波器的采樣速率。這種關(guān)系可通過(guò)以下公式來(lái)表示：采樣速率 = 存儲(chǔ)器深度 / 采集時(shí)間

存儲(chǔ)器深度為固定值，采集時(shí)間可以通過(guò)調(diào)整示波器上的每格時(shí)間設(shè)置來(lái)確定。隨著采集時(shí)間增加，采樣速率不得不降低，以便將整個(gè)采集結(jié)果存入示波器的存儲(chǔ)器。進(jìn)行時(shí)間相關(guān)的測(cè)量（頻率、脈沖寬度、上升時(shí)間等）時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)牟蓸铀俾屎苤匾?/font>

垂直標(biāo)度

正如水平時(shí)基對(duì)于時(shí)間相關(guān)的測(cè)量很重要一樣，垂直刻度對(duì)于垂直相關(guān)的測(cè)量（峰峰值、RMS、最大值、最小值等）也很重要。只需簡(jiǎn)單地增加信號(hào)的垂直刻度，您就可以獲得更精確的測(cè)量，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差要小得多。為什么垂直標(biāo)度會(huì)對(duì)測(cè)量有影響？水平（時(shí)間相關(guān)的）測(cè)量受到采樣速率的影響，而垂直（幅度相關(guān)的）測(cè)量則受到垂直分辨率的影響。

秘訣④使用正確的采集模式

示波器有哪些采集模式？

如果想對(duì)示波器讀數(shù)有信心，您需要了解不同采集模式的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，這些模式包括：常規(guī)采集、平均采集、高分辨率采集和峰值檢測(cè)采集。采集模式是經(jīng)過(guò)精細(xì)調(diào)整的采樣算法。通過(guò)改變示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的采樣速率并選擇性地繪制或組合采樣點(diǎn)，可以觀察到信號(hào)的不同特性。

常規(guī)采集模式

常規(guī)采集模式是示波器的默認(rèn)模式。ADC 進(jìn)行采樣，示波器抽取到所需的點(diǎn)數(shù)并繪制波形。日常調(diào)試任務(wù)最好使用常規(guī)采集模式，因?yàn)樗鼘?duì)信號(hào)給出了一個(gè)很總體的表述。這是一種安全的使用模式，不會(huì)出現(xiàn)重大的問(wèn)題。

平均采集模式

平均模式會(huì)捕獲多個(gè)波形并將它們進(jìn)行平均。平均采集模式的主要好處在于它會(huì)通過(guò)平均去除信號(hào)上的隨機(jī)噪聲，讓您只看到底層的信號(hào)。平均采集模式只能用于周期性信號(hào)，并采用穩(wěn)定的示波器觸發(fā)。平均模式非常適合查看或表征非常穩(wěn)定的周期性波形。

使用正確的采集模式秘訣 4（續(xù)）

高分辨率模式

高分辨率模式是另一種平均采集的形式。然而，它不是波形到波形的平均，而是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的平均。實(shí)質(zhì)上，ADC 會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣，然后將相鄰點(diǎn)放在一起進(jìn)行平均。這一模式采用實(shí)時(shí)boxcar 平均算法，有助于減少隨機(jī)噪聲。它還可以帶來(lái)更高的分辨率位。

在降低隨機(jī)噪聲方面，高分辨率模式不如前面討論的平均模式那樣有效，但它具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楦叻直媛誓Ｊ綄?duì)多次捕獲沒(méi)有依賴，所以它可以用于非周期性信號(hào)和瞬態(tài)的觸發(fā)。這使得在一般問(wèn)題的調(diào)試上，高分辨率模式比平均模式好得多。

峰值檢測(cè)采集模式

峰值檢測(cè)采集模式的功能與高分辨率模式類似。ADC 對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣并選擇性地選擇要顯示的點(diǎn)。但是，峰值檢測(cè)模式不是將這些點(diǎn)放在一起加以平均，而是選擇最高點(diǎn)和最低點(diǎn)進(jìn)行繪制。這樣做很有用，因?yàn)樗梢蕴峁⿲?duì)異常高點(diǎn)或低點(diǎn)的洞察，而這些點(diǎn)在其他模式下可能會(huì)看不到。峰值檢測(cè)模式最適合用于檢測(cè)毛刺或查看非常窄的脈沖。

秘訣⑤使用高級(jí)觸發(fā)了解更多細(xì)節(jié)

在秘訣 1 中，我們討論了基本觸發(fā)，其實(shí)還有更多的觸發(fā)模式可供選擇

上升 / 下降時(shí)間觸發(fā)

上升 / 下降時(shí)間觸發(fā)在大于或小于一定量的時(shí)間內(nèi)查找從一個(gè)電平到另一個(gè)電平的上升或下降邊跳變。它會(huì)針對(duì)狀態(tài)改變得太快或太慢的信號(hào)觸發(fā)。此觸發(fā)器有助于查看是否存在阻抗失配，系統(tǒng)上是否存在某些額外負(fù)載導(dǎo)致邊沿過(guò)慢。

建立和保持時(shí)間觸發(fā)

建立和保持時(shí)間觸發(fā)可用于各種數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。一個(gè)示波器通道探測(cè)時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)通道則探測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)。建立時(shí)間是時(shí)鐘邊沿之前數(shù)據(jù)信號(hào)電平必須存在的時(shí)間。保持時(shí)間是時(shí)鐘邊沿之后數(shù)據(jù)信號(hào)電平必須保持的時(shí)間。

這個(gè)觸發(fā)模式很重要，因?yàn)閿?shù)字設(shè)計(jì)要求在時(shí)鐘邊沿發(fā)生之前，建立起一段時(shí)間的數(shù)據(jù)線狀態(tài)（0 或1）。將觸發(fā)條件設(shè)置為指定的建立和保持要求，以檢查設(shè)計(jì)中的違規(guī)之處。

協(xié)議觸發(fā)

當(dāng)今許多示波器具有內(nèi)置的協(xié)議觸發(fā)。如果您使用串行總線，協(xié)議觸發(fā)非常有用。對(duì)于這些不同總線中的每一根，都有一系列不同的觸發(fā)（開(kāi)始條件、停止條件、缺失確認(rèn)、無(wú)確認(rèn)尋址等）。

航空航天 / 國(guó)防 ARINC 429，MIL-STD 1553 等。

汽車 CAN，I2C，SPI 等。

計(jì)算機(jī) USB 等。

您可以通過(guò)觸發(fā)開(kāi)始條件開(kāi)始調(diào)試，這將為您提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)包通過(guò)視圖，并讓您了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。如果您遇到系統(tǒng)錯(cuò)誤或想要證明一切正常，您甚至可以只針對(duì)錯(cuò)誤觸發(fā)。這樣可以讓您只關(guān)注導(dǎo)致問(wèn)題的領(lǐng)域，而不用將時(shí)間浪費(fèi)在數(shù)百個(gè)沒(méi)用錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包上。如果示波器帶有分段存儲(chǔ)器，您可以將其打開(kāi)，在很長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)只捕獲錯(cuò)誤。

秘訣⑥對(duì)串行總線使用符合解碼

協(xié)議解碼

根據(jù)您所測(cè)試的器件類型，您可能需要測(cè)試某些串行總線（例如汽車上的 CAN 和 LIN 總線以及嵌入式設(shè)計(jì)中采用的 I2C 和 RS-232 總線）。示波器可以通過(guò)進(jìn)行物理層測(cè)量來(lái)表征這些信號(hào)的模擬質(zhì)量。

如秘訣 5 中所述，協(xié)議觸發(fā)有助于捕獲總線上的特定實(shí)例或事件，這非常有用。然而，當(dāng)今使用的許多串行總線采用十六進(jìn)制格式編碼，可能難以理解。符合解碼可將這些事件轉(zhuǎn)換成更易理解的格式。

基于硬件的解碼

基于硬件的解碼提供了解碼的實(shí)時(shí)更新。這提高了示波器捕獲和顯示偶發(fā)性串行總線通信錯(cuò)誤（如位填充錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、確認(rèn)錯(cuò)誤，CRC 錯(cuò)誤和錯(cuò)誤幀）的概率。

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