【泰克示波器】如何利用示波器辅助进行测试
2018/10/24 9:26:47
A1：带宽是示波器很重要的指标，因为在数字示波器中有ADC，它的采样率理论上需要满足Nyquist采样定律，即被测信号的很高频率信号的每个周期理论上至少需要采2个点，否则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素，比如波形的重构算法等。泰克示波器采用先进的波形重构算法，被测信号的每个周期只需要2.5个点就能够重构波形。也有的示波器采用线性插值算法，可能就需要10个点。一般采样率是带宽的4－5倍就可以比较准确地再现波形。
泰克的TDS3000B系列是“实时采样”示波器，即，它的单次带宽（捕获单次信号的能力）＝重复带宽，您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到100MHz，您可以看一下它的指标。
Q2：在带宽一定的条件下，采样频率太大是否也没有太大的意义？因为带宽已经固定了。除非需要捕捉毛刺。
A2： 带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。使用泰克的示波器每个被测信号周期只需2.5个点就能够很大限度的重构波形。其它一些示波器需要大于4个样点/周期，即100MHZ带宽示波器单次采集至少需要400MS/s的采样率，有些示波器甚至需要10个点（线性内插技术）才能保证采集信号有意义。
Q3：现在有用数字的放大器吗?普及率高吗?
A3：现在常说的数字放大器我们一般称之Class D放大器，它建立在PWM和delta-sigma调制技术之上，它在一些对效率要求高，但对THD要求较低的应用中得到大量使用，如用低音放大器，手机设计中的Speaker放大器。
Q4：关于毛刺测量，以前请教过相关的技术人员，得到的答复是，示波器所能捕捉的很小毛刺就是示波器的采样速率。是否所有的示波器都遵循这一规律？此时示波器的前置滤波器不会对它有影响吗？
A4：不能断言所有的示波器都是这样。比如，有些示波器达到1GS/s，带宽只有60MHz，显然，1ns的毛刺不可能捕捉到。其实捕捉毛刺的能力除了带宽，采样率，还取决于波形捕获率，即每秒能够捕捉的波形数量，详情请参见泰克关于DPO的应用文章。
Q5：示波器接地线后，导致MOSFET炸掉，是何原因？
A5：为保证测试中的人身安全以及获得良好的测量效果，一般示波器的所有探头的地线都与机壳连接在一起，并连接到示波器电源线的地线。因此，您在电源中测量MOSFET管波形的时候，如果其中任何一个点都不是地，就会产生问题。
剪断地线可以防止对MOSFET管测试中的短路问题，但是也会带来一些其它的测试问题，比如示波器机壳带电，示波器机壳分布参数对测量信号造成影响等。解决的办法是使用差分探头，比如泰克的P5205，可以测量所谓的2个测试点都不是地的差分信号。
Q6：我测量的I/Q信号是基频, 我测量的目的是想对比区分好的手机和坏的手机.但我测量时不能看到任何信号.是不是示波器设置有问题?
A6：IQ信号：您的测试点会不会是高阻？是否信号幅度非常小？即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10：1的探头，相当于10mV/格。一般测量IQ信号可以使用TDS3000B的XY显示功能，或者如果你有时钟，使用XYZ显示的功能。还有问题的话，请直接和我联系，我会安排泰克的工程师与您共同探讨解决这个问题。
Q7：我们公司之前用TDS744，TDS745等示波器是使用的是无源探头(如P6139A，带宽500M)。在购买了有源探头(P6237)之后，从测试波形来看(特别是测高频信号时)，两者的测试结果差异较大。从探头参数得知，有源探头的输入电容<1pF，而无源探头则为10pF左右。这样看来应该是有源探头的测试结果更能反映信号真实的情况。请问既然无源探头对高频信号衰减很大，那其500M的带宽有什么意义呢？ 我们在测试信号时，如何根据测试情况来选择使用有源或无源探头？
A7：您的P6139A探头加上泰克的500MHz示波器典型带宽值还是可以达到500MHz，但是正如您所说，其输入电容不同，这一电容将产生对于待测信号的负载效应，造成信号振铃，形状发生改变，因此这个时候使用有源探头时能反映信号的真实情况。实际上，使用探头不光要考虑带宽，所有这些因素我们在测量高频信号的时候都要考虑：带宽/上升时间、动态范围、负载效应、接地效应、共振效应。
尤其P6139A时您还要考虑地线的影响，探头上的接地线也会带来振铃，测量高频信号的时候应该尽量缩短地线的长度。
另外，您使用的P6247是有源差分探头，共模的影响也可能是一个因素。
选择无源探头主要是因为其动态范围大，比如P6139A可以测量从毫伏到几百伏的信号，而P6247只能测量＋－8.5V的信号。另外有源探头价格也是一个因素。
详情请参阅泰克《探头ABC》以及《数字信号完整性测试》
Q8：在示波器上看波形时，用外触发来看好还是自触发好，两者有何区别？
A8：示波器的通常触发是边沿触发，其触发条件有2个，触发电平和触发边沿。即：信号的上升沿（或者下降沿）达到某一特定电平（触发电平）时，示波器触发。示波器只有在信号自触发有问题的时候才会使用外触发，没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是，信号比较复杂，有很多满足触发条件的点，无法每次在同一位置触发，从而得到稳定的显示。这时需要使用外触发。
Q9：我发现一个比较奇怪的问题，为什么看似很普通的一个示波器探头往往会卖得很贵呢？ 请教专家，决定示波器探头价格的主要因素是什么呢？ 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间？需不需要定期的标定？
A9：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，泰克就有差不多近百种不同的探头，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络）。示波器的探头寿命不好说，看您使用环境和方法。标准对于探头没有明确的计量规定，但是对于无源探头，至少在更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热，有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。总之，能够用好探头才可以用好你的示波器，详情请参见泰克《探头ABC》，大家如果需要可以发Email给泰克索要。
Q10：我们目前在测量离板信号线的传导骚扰时，发现在两个特定频点（一个是659K另一个是1.977K）上由两个很大的噪声信号。我们初步分析是由于板上的开关电源芯片引起的，但是对于如何使用示波器测量这样的噪声信号不是很清楚。请专家指点迷津！
A10：示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素：1. 被测信号的幅度，是否为小信号，示波器配合探头可以测试uA级的信号；2. 被测信号的频率；3. 探头的连接方式不当会产生噪声，影响测试结果。
Q11：如何用TDS3052B测量载波频率为几十K，调制波频率为电源频率的已调波的很大值?
A11：您的工频输入可能为低频的50Hz/60Hz，同时载波为几十K，一个工频周期为20ms左右，如果示波器需要观测20ms信号，即示波器的duration采集窗口至少为2ms/div ×10格，同时根据几十k的载波信号，确定示波器的采样率。很后可以估算出需要的采集内存长度，判断是否能够满足测试要求。
泰克的TDS3000B系列是“实时采样”示波器，即，它的单次带宽（捕获单次信号的能力）＝重复带宽，您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到100MHz，您可以看一下它的指标。
Q2：在带宽一定的条件下，采样频率太大是否也没有太大的意义？因为带宽已经固定了。除非需要捕捉毛刺。
A2： 带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。使用泰克的示波器每个被测信号周期只需2.5个点就能够很大限度的重构波形。其它一些示波器需要大于4个样点/周期，即100MHZ带宽示波器单次采集至少需要400MS/s的采样率，有些示波器甚至需要10个点（线性内插技术）才能保证采集信号有意义。
Q3：现在有用数字的放大器吗?普及率高吗?
A3：现在常说的数字放大器我们一般称之Class D放大器，它建立在PWM和delta-sigma调制技术之上，它在一些对效率要求高，但对THD要求较低的应用中得到大量使用，如用低音放大器，手机设计中的Speaker放大器。
Q4：关于毛刺测量，以前请教过相关的技术人员，得到的答复是，示波器所能捕捉的很小毛刺就是示波器的采样速率。是否所有的示波器都遵循这一规律？此时示波器的前置滤波器不会对它有影响吗？
A4：不能断言所有的示波器都是这样。比如，有些示波器达到1GS/s，带宽只有60MHz，显然，1ns的毛刺不可能捕捉到。其实捕捉毛刺的能力除了带宽，采样率，还取决于波形捕获率，即每秒能够捕捉的波形数量，详情请参见泰克关于DPO的应用文章。
Q5：示波器接地线后，导致MOSFET炸掉，是何原因？
A5：为保证测试中的人身安全以及获得良好的测量效果，一般示波器的所有探头的地线都与机壳连接在一起，并连接到示波器电源线的地线。因此，您在电源中测量MOSFET管波形的时候，如果其中任何一个点都不是地，就会产生问题。
剪断地线可以防止对MOSFET管测试中的短路问题，但是也会带来一些其它的测试问题，比如示波器机壳带电，示波器机壳分布参数对测量信号造成影响等。解决的办法是使用差分探头，比如泰克的P5205，可以测量所谓的2个测试点都不是地的差分信号。
Q6：我测量的I/Q信号是基频, 我测量的目的是想对比区分好的手机和坏的手机.但我测量时不能看到任何信号.是不是示波器设置有问题?
A6：IQ信号：您的测试点会不会是高阻？是否信号幅度非常小？即使泰克示波器也只能做到1mV/格。加上10：1的探头，相当于10mV/格。一般测量IQ信号可以使用TDS3000B的XY显示功能，或者如果你有时钟，使用XYZ显示的功能。还有问题的话，请直接和我联系，我会安排泰克的工程师与您共同探讨解决这个问题。
Q7：我们公司之前用TDS744，TDS745等示波器是使用的是无源探头(如P6139A，带宽500M)。在购买了有源探头(P6237)之后，从测试波形来看(特别是测高频信号时)，两者的测试结果差异较大。从探头参数得知，有源探头的输入电容<1pF，而无源探头则为10pF左右。这样看来应该是有源探头的测试结果更能反映信号真实的情况。请问既然无源探头对高频信号衰减很大，那其500M的带宽有什么意义呢？ 我们在测试信号时，如何根据测试情况来选择使用有源或无源探头？
A7：您的P6139A探头加上泰克的500MHz示波器典型带宽值还是可以达到500MHz，但是正如您所说，其输入电容不同，这一电容将产生对于待测信号的负载效应，造成信号振铃，形状发生改变，因此这个时候使用有源探头时能反映信号的真实情况。实际上，使用探头不光要考虑带宽，所有这些因素我们在测量高频信号的时候都要考虑：带宽/上升时间、动态范围、负载效应、接地效应、共振效应。
尤其P6139A时您还要考虑地线的影响，探头上的接地线也会带来振铃，测量高频信号的时候应该尽量缩短地线的长度。
另外，您使用的P6247是有源差分探头，共模的影响也可能是一个因素。
选择无源探头主要是因为其动态范围大，比如P6139A可以测量从毫伏到几百伏的信号，而P6247只能测量＋－8.5V的信号。另外有源探头价格也是一个因素。
详情请参阅泰克《探头ABC》以及《数字信号完整性测试》
Q8：在示波器上看波形时，用外触发来看好还是自触发好，两者有何区别？
A8：示波器的通常触发是边沿触发，其触发条件有2个，触发电平和触发边沿。即：信号的上升沿（或者下降沿）达到某一特定电平（触发电平）时，示波器触发。示波器只有在信号自触发有问题的时候才会使用外触发，没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是，信号比较复杂，有很多满足触发条件的点，无法每次在同一位置触发，从而得到稳定的显示。这时需要使用外触发。
Q9：我发现一个比较奇怪的问题，为什么看似很普通的一个示波器探头往往会卖得很贵呢？ 请教专家，决定示波器探头价格的主要因素是什么呢？ 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间？需不需要定期的标定？
A9：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，泰克就有差不多近百种不同的探头，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络）。示波器的探头寿命不好说，看您使用环境和方法。标准对于探头没有明确的计量规定，但是对于无源探头，至少在更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热，有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。总之，能够用好探头才可以用好你的示波器，详情请参见泰克《探头ABC》，大家如果需要可以发Email给泰克索要。
Q10：我们目前在测量离板信号线的传导骚扰时，发现在两个特定频点（一个是659K另一个是1.977K）上由两个很大的噪声信号。我们初步分析是由于板上的开关电源芯片引起的，但是对于如何使用示波器测量这样的噪声信号不是很清楚。请专家指点迷津！
A10：示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素：1. 被测信号的幅度，是否为小信号，示波器配合探头可以测试uA级的信号；2. 被测信号的频率；3. 探头的连接方式不当会产生噪声，影响测试结果。
Q11：如何用TDS3052B测量载波频率为几十K，调制波频率为电源频率的已调波的很大值?
A11：您的工频输入可能为低频的50Hz/60Hz，同时载波为几十K，一个工频周期为20ms左右，如果示波器需要观测20ms信号，即示波器的duration采集窗口至少为2ms/div ×10格，同时根据几十k的载波信号，确定示波器的采样率。很后可以估算出需要的采集内存长度，判断是否能够满足测试要求。
