【泰克示波器】如何利用示波器輔助進行測試
2018/10/24 9:26:47
A1：帶寬是示波器很重要的指標，因為在數字示波器中有ADC，它的采樣率理論上需要滿足Nyquist采樣定律，即被測信號的很高頻率信號的每個周期理論上至少需要采2個點，否則會造成混疊。但是在實際上還取決于很多其它的因素，比如波形的重構算法等。泰克示波器采用先進的波形重構算法，被測信號的每個周期只需要2.5個點就能夠重構波形。也有的示波器采用線性插值算法，可能就需要10個點。一般采樣率是帶寬的4－5倍就可以比較準確地再現波形。
泰克的TDS3000B系列是“實時采樣”示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號的能力）＝重復帶寬，您所說的另一種示波器的單次帶寬顯然不到100MHz，您可以看一下它的指標。
Q2：在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒有太大的意義？因為帶寬已經固定了。除非需要捕捉毛刺。
A2： 帶寬是限制被測信號高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個被測信號周期只需2.5個點就能夠很大限度的重構波形。其它一些示波器需要大于4個樣點/周期，即100MHZ帶寬示波器單次采集至少需要400MS/s的采樣率，有些示波器甚至需要10個點（線性內插技術）才能保證采集信號有意義。
Q3：現在有用數字的放大器嗎?普及率高嗎?
A3：現在常說的數字放大器我們一般稱之Class D放大器，它建立在PWM和delta-sigma調制技術之上，它在一些對效率要求高，但對THD要求較低的應用中得到大量使用，如用低音放大器，手機設計中的Speaker放大器。
Q4：關于毛刺測量，以前請教過相關的技術人員，得到的答復是，示波器所能捕捉的很小毛刺就是示波器的采樣速率。是否所有的示波器都遵循這一規律？此時示波器的前置濾波器不會對它有影響嗎？
A4：不能斷言所有的示波器都是這樣。比如，有些示波器達到1GS/s，帶寬只有60MHz，顯然，1ns的毛刺不可能捕捉到。其實捕捉毛刺的能力除了帶寬，采樣率，還取決于波形捕獲率，即每秒能夠捕捉的波形數量，詳情請參見泰克關于DPO的應用文章。
Q5：示波器接地線后，導致MOSFET炸掉，是何原因？
A5：為保證測試中的人身安全以及獲得良好的測量效果，一般示波器的所有探頭的地線都與機殼連接在一起，并連接到示波器電源線的地線。因此，您在電源中測量MOSFET管波形的時候，如果其中任何一個點都不是地，就會產生問題。
剪斷地線可以防止對MOSFET管測試中的短路問題，但是也會帶來一些其它的測試問題，比如示波器機殼帶電，示波器機殼分布參數對測量信號造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭，比如泰克的P5205，可以測量所謂的2個測試點都不是地的差分信號。
Q6：我測量的I/Q信號是基頻, 我測量的目的是想對比區分好的手機和壞的手機.但我測量時不能看到任何信號.是不是示波器設置有問題?
A6：IQ信號：您的測試點會不會是高阻？是否信號幅度非常小？即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10：1的探頭，相當于10mV/格。一般測量IQ信號可以使用TDS3000B的XY顯示功能，或者如果你有時鐘，使用XYZ顯示的功能。還有問題的話，請直接和我聯系，我會安排泰克的工程師與您共同探討解決這個問題。
Q7：我們公司之前用TDS744，TDS745等示波器是使用的是無源探頭(如P6139A，帶寬500M)。在購買了有源探頭(P6237)之后，從測試波形來看(特別是測高頻信號時)，兩者的測試結果差異較大。從探頭參數得知，有源探頭的輸入電容<1pF，而無源探頭則為10pF左右。這樣看來應該是有源探頭的測試結果更能反映信號真實的情況。請問既然無源探頭對高頻信號衰減很大，那其500M的帶寬有什么意義呢？ 我們在測試信號時，如何根據測試情況來選擇使用有源或無源探頭？
A7：您的P6139A探頭加上泰克的500MHz示波器典型帶寬值還是可以達到500MHz，但是正如您所說，其輸入電容不同，這一電容將產生對于待測信號的負載效應，造成信號振鈴，形狀發生改變，因此這個時候使用有源探頭時能反映信號的真實情況。實際上，使用探頭不光要考慮帶寬，所有這些因素我們在測量高頻信號的時候都要考慮：帶寬/上升時間、動態范圍、負載效應、接地效應、共振效應。
尤其P6139A時您還要考慮地線的影響，探頭上的接地線也會帶來振鈴，測量高頻信號的時候應該盡量縮短地線的長度。
另外，您使用的P6247是有源差分探頭，共模的影響也可能是一個因素。
選擇無源探頭主要是因為其動態范圍大，比如P6139A可以測量從毫伏到幾百伏的信號，而P6247只能測量＋－8.5V的信號。另外有源探頭價格也是一個因素。
詳情請參閱泰克《探頭ABC》以及《數字信號完整性測試》
Q8：在示波器上看波形時，用外觸發來看好還是自觸發好，兩者有何區別？
A8：示波器的通常觸發是邊沿觸發，其觸發條件有2個，觸發電平和觸發邊沿。即：信號的上升沿（或者下降沿）達到某一特定電平（觸發電平）時，示波器觸發。示波器只有在信號自觸發有問題的時候才會使用外觸發，沒有哪一個更好的問題。而這種問題通常可能是，信號比較復雜，有很多滿足觸發條件的點，無法每次在同一位置觸發，從而得到穩定的顯示。這時需要使用外觸發。
Q9：我發現一個比較奇怪的問題，為什么看似很普通的一個示波器探頭往往會賣得很貴呢？ 請教專家，決定示波器探頭價格的主要因素是什么呢？ 一般的示波器探頭的使用壽命有多長時間？需不需要定期的標定？
A9：示波器的探頭有非常多的種類，不同的性能，比如高壓，差分，有源高速探頭等等，泰克就有差不多近百種不同的探頭，價格也從幾百人民幣到接近一萬美元。價格的主要決定因素當然是帶寬和功能。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測試需要的保真度。為做到這一點，即使無源探頭，內部也必須有非常多的無源器件補償電路(RC網絡）。示波器的探頭壽命不好說，看您使用環境和方法。標準對于探頭沒有明確的計量規定，但是對于無源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時候，必須進行探頭補償調整。所有有源探頭在使用前應該有至少20分鐘的預熱，有的有源探頭和電流探頭需要進行零點漂移調整。總之，能夠用好探頭才可以用好你的示波器，詳情請參見泰克《探頭ABC》，大家如果需要可以發Email給泰克索要。
Q10：我們目前在測量離板信號線的傳導騷擾時，發現在兩個特定頻點（一個是659K另一個是1.977K）上由兩個很大的噪聲信號。我們初步分析是由于板上的開關電源芯片引起的，但是對于如何使用示波器測量這樣的噪聲信號不是很清楚。請專家指點迷津！
A10：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會產生噪聲，影響測試結果。
Q11：如何用TDS3052B測量載波頻率為幾十K，調制波頻率為電源頻率的已調波的很大值?
A11：您的工頻輸入可能為低頻的50Hz/60Hz，同時載波為幾十K，一個工頻周期為20ms左右，如果示波器需要觀測20ms信號，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格，同時根據幾十k的載波信號，確定示波器的采樣率。很后可以估算出需要的采集內存長度，判斷是否能夠滿足測試要求。
泰克的TDS3000B系列是“實時采樣”示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號的能力）＝重復帶寬，您所說的另一種示波器的單次帶寬顯然不到100MHz，您可以看一下它的指標。
Q2：在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒有太大的意義？因為帶寬已經固定了。除非需要捕捉毛刺。
A2： 帶寬是限制被測信號高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個被測信號周期只需2.5個點就能夠很大限度的重構波形。其它一些示波器需要大于4個樣點/周期，即100MHZ帶寬示波器單次采集至少需要400MS/s的采樣率，有些示波器甚至需要10個點（線性內插技術）才能保證采集信號有意義。
Q3：現在有用數字的放大器嗎?普及率高嗎?
A3：現在常說的數字放大器我們一般稱之Class D放大器，它建立在PWM和delta-sigma調制技術之上，它在一些對效率要求高，但對THD要求較低的應用中得到大量使用，如用低音放大器，手機設計中的Speaker放大器。
Q4：關于毛刺測量，以前請教過相關的技術人員，得到的答復是，示波器所能捕捉的很小毛刺就是示波器的采樣速率。是否所有的示波器都遵循這一規律？此時示波器的前置濾波器不會對它有影響嗎？
A4：不能斷言所有的示波器都是這樣。比如，有些示波器達到1GS/s，帶寬只有60MHz，顯然，1ns的毛刺不可能捕捉到。其實捕捉毛刺的能力除了帶寬，采樣率，還取決于波形捕獲率，即每秒能夠捕捉的波形數量，詳情請參見泰克關于DPO的應用文章。
Q5：示波器接地線后，導致MOSFET炸掉，是何原因？
A5：為保證測試中的人身安全以及獲得良好的測量效果，一般示波器的所有探頭的地線都與機殼連接在一起，并連接到示波器電源線的地線。因此，您在電源中測量MOSFET管波形的時候，如果其中任何一個點都不是地，就會產生問題。
剪斷地線可以防止對MOSFET管測試中的短路問題，但是也會帶來一些其它的測試問題，比如示波器機殼帶電，示波器機殼分布參數對測量信號造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭，比如泰克的P5205，可以測量所謂的2個測試點都不是地的差分信號。
Q6：我測量的I/Q信號是基頻, 我測量的目的是想對比區分好的手機和壞的手機.但我測量時不能看到任何信號.是不是示波器設置有問題?
A6：IQ信號：您的測試點會不會是高阻？是否信號幅度非常小？即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10：1的探頭，相當于10mV/格。一般測量IQ信號可以使用TDS3000B的XY顯示功能，或者如果你有時鐘，使用XYZ顯示的功能。還有問題的話，請直接和我聯系，我會安排泰克的工程師與您共同探討解決這個問題。
Q7：我們公司之前用TDS744，TDS745等示波器是使用的是無源探頭(如P6139A，帶寬500M)。在購買了有源探頭(P6237)之后，從測試波形來看(特別是測高頻信號時)，兩者的測試結果差異較大。從探頭參數得知，有源探頭的輸入電容<1pF，而無源探頭則為10pF左右。這樣看來應該是有源探頭的測試結果更能反映信號真實的情況。請問既然無源探頭對高頻信號衰減很大，那其500M的帶寬有什么意義呢？ 我們在測試信號時，如何根據測試情況來選擇使用有源或無源探頭？
A7：您的P6139A探頭加上泰克的500MHz示波器典型帶寬值還是可以達到500MHz，但是正如您所說，其輸入電容不同，這一電容將產生對于待測信號的負載效應，造成信號振鈴，形狀發生改變，因此這個時候使用有源探頭時能反映信號的真實情況。實際上，使用探頭不光要考慮帶寬，所有這些因素我們在測量高頻信號的時候都要考慮：帶寬/上升時間、動態范圍、負載效應、接地效應、共振效應。
尤其P6139A時您還要考慮地線的影響，探頭上的接地線也會帶來振鈴，測量高頻信號的時候應該盡量縮短地線的長度。
另外，您使用的P6247是有源差分探頭，共模的影響也可能是一個因素。
選擇無源探頭主要是因為其動態范圍大，比如P6139A可以測量從毫伏到幾百伏的信號，而P6247只能測量＋－8.5V的信號。另外有源探頭價格也是一個因素。
詳情請參閱泰克《探頭ABC》以及《數字信號完整性測試》
Q8：在示波器上看波形時，用外觸發來看好還是自觸發好，兩者有何區別？
A8：示波器的通常觸發是邊沿觸發，其觸發條件有2個，觸發電平和觸發邊沿。即：信號的上升沿（或者下降沿）達到某一特定電平（觸發電平）時，示波器觸發。示波器只有在信號自觸發有問題的時候才會使用外觸發，沒有哪一個更好的問題。而這種問題通常可能是，信號比較復雜，有很多滿足觸發條件的點，無法每次在同一位置觸發，從而得到穩定的顯示。這時需要使用外觸發。
Q9：我發現一個比較奇怪的問題，為什么看似很普通的一個示波器探頭往往會賣得很貴呢？ 請教專家，決定示波器探頭價格的主要因素是什么呢？ 一般的示波器探頭的使用壽命有多長時間？需不需要定期的標定？
A9：示波器的探頭有非常多的種類，不同的性能，比如高壓，差分，有源高速探頭等等，泰克就有差不多近百種不同的探頭，價格也從幾百人民幣到接近一萬美元。價格的主要決定因素當然是帶寬和功能。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測試需要的保真度。為做到這一點，即使無源探頭，內部也必須有非常多的無源器件補償電路(RC網絡）。示波器的探頭壽命不好說，看您使用環境和方法。標準對于探頭沒有明確的計量規定，但是對于無源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時候，必須進行探頭補償調整。所有有源探頭在使用前應該有至少20分鐘的預熱，有的有源探頭和電流探頭需要進行零點漂移調整。總之，能夠用好探頭才可以用好你的示波器，詳情請參見泰克《探頭ABC》，大家如果需要可以發Email給泰克索要。
Q10：我們目前在測量離板信號線的傳導騷擾時，發現在兩個特定頻點（一個是659K另一個是1.977K）上由兩個很大的噪聲信號。我們初步分析是由于板上的開關電源芯片引起的，但是對于如何使用示波器測量這樣的噪聲信號不是很清楚。請專家指點迷津！
A10：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會產生噪聲，影響測試結果。
Q11：如何用TDS3052B測量載波頻率為幾十K，調制波頻率為電源頻率的已調波的很大值?
A11：您的工頻輸入可能為低頻的50Hz/60Hz，同時載波為幾十K，一個工頻周期為20ms左右，如果示波器需要觀測20ms信號，即示波器的duration采集窗口至少為2ms/div ×10格，同時根據幾十k的載波信號，確定示波器的采樣率。很后可以估算出需要的采集內存長度，判斷是否能夠滿足測試要求。
