示波器用户培训-共78张课件.ppt
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- 示波器 用户 培训 78 课件
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1、数字存储示波器数字存储示波器 中国电子科技集团公司第四十一研究所第四十一研究所1.1.电子信息技术飞速发展对电子测试电子信息技术飞速发展对电子测试提出的挑战提出的挑战2.通信技术:数字通信、数据传输交换、传输协议(ATM、SDH、CDMA、CDMA,五花八门)计算机技术:渗透到各种电子设备、机电设备、家用电器等各个领域 集成电路:规模大、速度高、高复杂度 数字音频、数字视频、数字卫星、数字住宅等:第一节第一节 概概 述述 记录单次信号 观察触发点以前的时间 复杂信号:模拟、数字、调制信号交织在一起 速度范围宽:从几秒一次到每秒几十千兆赫兹 经常需要扑捉几小时,甚至几天才出现一次的偶发事件 抖动
2、的积累和测量,波形变化的测量 统计分析能力,后处理分析 测量结果拷贝、打印、组成自动测试系统 2.2.模拟示波器无法满足新的测量要求模拟示波器无法满足新的测量要求3.3.数字化时代要用数字示波器数字化时代要用数字示波器 自动校准:自动校准:垂直幅度、偏移校准,水平时间 延迟校准单次采集:单次采集:扑捉偶发事件、非周期信号存储与测量:存储与测量:存储多个波形、自动测量多种 参数 无限余辉:无限余辉:扑捉偶发事件或者信号变化摸板测量:摸板测量:当信号超出规定的边界时把波形 存储器起来接口功能:GP-IBGP-IB或或RS-232RS-232、并行接口 19721972年,由美国年,由美国Gould
3、Gould公司制造出世界第一台数公司制造出世界第一台数字存储示波器字存储示波器 80 80年代中期,美国年代中期,美国HPHP公司率先停止了模拟示波器公司率先停止了模拟示波器的生产的生产 90 90年代,年代,TekTek、LeCroyLeCroy、philipsphilips等公司紧随其后,等公司紧随其后,数字存储示波器的开发与生产出现激烈竞争局面数字存储示波器的开发与生产出现激烈竞争局面 90 90年代后期,年代后期,TekTek、AgilentAgilent都都纷纷推出低成本、纷纷推出低成本、通用型、通用型、100100MHzMHz以下数字示波器,数字示波器开始以下数字示波器,数字示波器
4、开始逐步取代模拟示波器逐步取代模拟示波器4.4.数字示波器的时代已经到来!数字示波器的时代已经到来!5.5.我所开发生产数字示波器的历史我所开发生产数字示波器的历史 9393年年 开发出开发出AV4442AV4442(750MHz750MHz)、)、AV4443AV4443(500MHz500MHz)两个型号,两个型号,极大地震动和鼓舞了国内示波器行业极大地震动和鼓舞了国内示波器行业 95 95年年 在在AV4442AV4442的的基础上,把带宽扩展到基础上,把带宽扩展到1 1GHzGHz 9797年年 研制出研制出AV4444AV4444型型 1 1GSaGSa/s/s采样率、采样率、200
5、200MHzMHz带宽初样机带宽初样机 98 98年年 改进改进AV4443AV4443(体积、成本、功耗),成为军队列装采购的产体积、成本、功耗),成为军队列装采购的产品品AV4451AV4451 2019 2019年年 开发出开发出AV4445AV4445深存储型、深存储型、100100MHzMHz通用数字示波器通用数字示波器 20192019年年 开发出开发出500500MHzMHz带宽、四通道带宽、四通道VXIVXI总线示波器模块总线示波器模块 AV6681AV6681 2019 2019年年 将鉴定实用化的将鉴定实用化的1 1GSaGSa/s/s采样率、采样率、500500MHzMH
6、z带宽带宽VXIVXI总线示波总线示波器模块器模块 AV6683AV6683 目前正在进行目前正在进行2 2GSaGSa/s/s采样率、采样率、500500MHzMHz带宽台式示波器带宽台式示波器AV4446AV4446的开的开发,预计来年年底可投放市场发,预计来年年底可投放市场第二节第二节 基本组成、基本技术指标和术语基本组成、基本技术指标和术语 一、示波器的基本组成一、示波器的基本组成 垂直(垂直(Y Y轴)系统轴)系统 水平(水平(X X轴)系统轴)系统 触发系统触发系统 示波管(示波管(CRTCRT)及其供电系统及其供电系统 整机电源整机电源 二、模拟示波器简化框图二、模拟示波器简化框
7、图前置放大器前置放大器主放大器主放大器交替和断续Y轴驱动触发水平时基系统X轴驱动Y1Y2三、数字示波器简化框图三、数字示波器简化框图前置放大器前置放大器主放大器主放大器ADC1触发水平时基系统CH1CH2ADC2采集处理与存储显示处理器CRT驱动微处理器系统接口部分采集时钟vt 幅度调节 偏移调节幅度量化幅度量化 水平扫描时间 延迟时间时间量化确定触发点显示重组水平偏转磁场电子枪垂直偏转板水平偏转板荧光屏Y轴输入信号X轴扫描电压模拟示波器显示原理荧光屏垂直偏转线圈水平偏转线圈电子枪垂直偏转磁场数字示波器CRT显示原理四、显示系统原理四、显示系统原理五、示波器的基本技术指标五、示波器的基本技术指
8、标1.1.带宽带宽 0f-3dBfv1 示波器带宽的定义2.上升时间 90%10%tr示波器示波器上升时间的定义上升时间的定义3.带宽与上升时间的关系 rdBtf3503f-3dB带宽;MHztr 上升时间;ns 4.4.垂直偏转因数垂直偏转因数-垂直灵敏度垂直灵敏度 传统习惯:垂直为8格 单 位:uV/div;mV/div;V/div5.5.垂直灵敏度误差垂直灵敏度误差 e eY-垂直偏转因数误差垂直偏转因数误差 V-测量读数值 D-校准信号幅度(格数)V/div校准信号每格电压值%100divVdivVDVey6.6.水平偏转因数水平偏转因数-扫描时间因数扫描时间因数-扫速扫速ps/div
9、;ns/div;us/div;ms/div;s/div7.7.水平偏转因数误差水平偏转因数误差%100divtdivtDteX8.8.触发灵敏度触发灵敏度 使信号稳定同步显示的最小幅度,表明示波器同步显示能力。9.9.触发晃动触发晃动tj10.10.数字示波器的特有指标数字示波器的特有指标1 1)最高取样速率)最高取样速率 MSa/sMSa/s;GSa/s GSa/s 通常取决于通常取决于A/DA/D转换器的转换器的转换速率转换速率2 2)存储深度)存储深度 kptskpts;Mpts Mpts 由采集存储器容量决定由采集存储器容量决定3 3)垂直分辨率)垂直分辨率 通常给出通常给出A/DA/
10、D转换器的比特数,但实际应转换器的比特数,但实际应该以有效比特分辨率来衡量该以有效比特分辨率来衡量 4 4)重复带宽,实时带宽和单次带宽与取样率)重复带宽,实时带宽和单次带宽与取样率 重复带宽:重复带宽:与模拟示波器相同,与采样速率无与模拟示波器相同,与采样速率无关关 实时带宽:实时带宽:通常用最高取样速率的通常用最高取样速率的1/41/51/41/5的的频率值进行衡量频率值进行衡量 单次带宽:单次带宽:等于实时带宽,如果采用内插算法,等于实时带宽,如果采用内插算法,单次带宽可以达到最高采样率的单次带宽可以达到最高采样率的1/2.51/2.5 其中:fs-取样速率;MHz t/div-扫描时间
11、因数;ns N-记录长度;ptsNdivtfs10/5 5)取样率、扫描时间、存储深度取样率、扫描时间、存储深度扫 速(t/div)采 样 率10ns 100ns 1us 10us 100us 1ms 10ms 0.1s1s10s 100s 1ks 10ks 100ks0.01kS/s0.1kS/s1kS/s10kS/s100kS/s1MS/s10MS/s100MS/s1GS/s(500MS/s)1k记 录 长 度120k记 录 长 度1M记 录 长 度ABC第三节第三节 工作原理工作原理一、取样原理1.实时取样实时取样被测信号取样时钟第一采样周期第二采样周期第三采样周期第四采样周期2.随机取
12、样随机取样第一周期第二周期第三周期第N 周期3.3.顺序取样顺序取样选择件 模拟板模拟板(A1):垂直通道1 垂直通道2 外触发通道 通 道 控 制、DAC 数字板数字板(A0):A/D转换和降速处理器采集RAM和时基接口DSP和共享存储器视频RAM和显示处理器 MC68000中央处理器时钟发生器数字触发器精密内插器8芯电缆6芯电缆2芯电缆2芯电缆7芯电缆 接口板:接口板:串行接口和并行接口 扩展存储器?非易失RAM(或者GP-IB接口)50芯连接器14芯扁平电缆CRT组件(组件(A3):):CRT显示器显示驱动器 CRT偏转系统外触发外触发通道通道1通道通道2 键盘板(键盘板(A2):):大
13、键盘 小键盘 开关电源(开关电源(A4):):15V 5V16芯扁平电缆14线电缆二、AV4445原理框图1.整机原理框图整机原理框图AV4445外观图外观图键盘电缆电源开关键盘板电源电缆显示电缆视放板偏转线圈高压包风扇CRT组件电源组件进风顶顶 视视 图图通道屏蔽盒模拟板数字板底底 视视 图图CH1衰减控制偏移控制触发电平高 阻衰 减 器前置放大器主 放大 器模 拟触 发通道控制DACCH1(省略通道2)CH2数字触发增益控制到A/D转换器2.2.模拟板原理框图模拟板原理框图20倍衰减器阻抗变换器X1/X5放大器1、2、510、20倍可变衰减器12.5倍压控增益放大器 带宽限制滤波器X5放大
14、器省略的通道2电路5倍输入衰减器阻抗变换器比较器触发源选择器缓冲器交直流耦合控制触发电平触发电平到数字板到数字板到数字板模拟控制(来自DAC)数字控制(来自数字板)20倍衰减垂直偏移5倍放大步进增减步进增减带宽控制通道1输入通道2输入外触发输入模拟板详细框图模拟板详细框图A/DA/D采集处理器降速 平滑 峰检采集存储器 缓冲器总线接口MC68000 CPU处理器时钟发生器20MHz内插触发释抑剩余内插控制CH2输入CH1输入采集子系统采集子系统CPU与显示系统采集时钟产生200MHz100MHz时 基显示处理器50MHz通道控制缓冲器外触发通道外触发3.数字板原理框图数字板原理框图数字板细节框
15、图数字板细节框图ADC1ADC2降速处理器峰值检测器平滑累加器采集RAM1,2采集RAM3,416163232816时基接口预触发器后触发器释抑计数器采集RAM控制器DSP接口数字触发器同步触发器释抑控制器内插形成器精密内插器采集时钟发生器200MHz200MHz100MHz50MHz来自模拟板来自模拟板触发挂钩复用器共享RAM数据、地址、控制总线MC68000CPUEPROMRAM非易失RAM缓冲器显示处理器视频RAM及缓冲器到CRT组件来自模拟板DSPTMS320C50三、三、AV4451原理框图原理框图阻抗变换到CH2采样板CH1CH2偏移电平探头板探头板(A14)触发电平并行打印接口双
16、DAC高速取样器A/D缓冲 锁存转换器采集RAM定 时 器 电 路uP接口图形RAM编码器CRT驱动器定时与控制字符RAM时基发生器预触发、后触发粗内插快速触发器可编程触发释抑精密内插器精密内插器计数器慢速触发器键盘控制器GP-IB前面板键盘GP-IB总线+5V-5.2V+18V-18V+8V-8V模拟电源模拟电源(A11)uP板(板(A3)I/O板(板(A1)键盘板键盘板((A16)显示板(显示板(A2)CRT板(板(A13)A/D转换板(转换板(A6)取样板(取样板(A5)时基板(时基板(A4)触发板(触发板(A9)同步比较器来自CH2MCLK(40MHz)TENBLSTRIGMCLK(4
17、0MHz)MCLK(40MHz)SMCLKGATEATRIGCRTSIB总线总线SIBCPUROMRAM定时器中断逻辑前放放大器衰减器1衰减器2数字电源数字电源(A12)1 通道1 通道2 输入 系统控制 AV4451 数字示波器ONOFF23456789101112AV4451AV4451前面版图前面版图LRUN/STOPGATE后触发计数预触发计数触发释抑触发阻塞触发禁止触发禁止触发使能tf经过扩展ts预触发、后触发TCLKATRIGMCLKSTRIG粗内插计数 (主时钟MCLK)SMCLKTENBL精内插计数 (40MHz内插时钟)四、一个采集周期的工作时序四、一个采集周期的工作时序a
18、a)CPU把操作者从前面板输入的信息装入有关各电路板的寄存器、计数器、D/A转换器。b b)CPU通过LRUN/STOP线指令时基板启动采集周期。c c)时基板发出“GATE”信号,启动A/D转换。d d)时基板发出“GATE”信号的同时,予触发延迟计数器开始向下计数。e e)触发板根据所选择的触发源等待触发事件的发生。f f)一旦有触发事件发生,即所选触发源的触发同步信号“TCLK”发生正跳变,快速触发翻转器输出一个窄脉冲。这时可编程触发释抑计数器开始向下计数,并禁止从触发源来的信号再次触发快速翻转器。g g)当TENBL信号有效时,快速触发翻转器输出的窄脉冲触发慢速翻转器,产生一个跳变沿,
19、确立触发点,并做为所谓异步触发信号ATRIG启动精密内插斜坡发生器,当下一个主时钟沿到来时,产生同步触发信号(STRIG)。h h)精密内插器测量ATRIG至STRIG(下一个主时钟)之间的时间(图中tf)。i i)时基板收到STRIG后,对STRIG至下一个取样时钟SMCLK之间(图中tS)的主时钟个数进行计数,同时也启动后触发延迟计数器向下计数。当后触发延迟计数器达到零时,时基板使GATE信号变低,A/D转换器停止转换。j j)至此,一个采集周期完成,时基板的BUSY/DONE信号处于闲态,CPU撤消RUN/STOP信号(即置为STOP状态)。然后读采集RAM中的数据(幅度样品)和粗内插器
20、及精内插器中的数据(时间样品),并处理加工这些数据,重组样品点,以可供显示的数据送至波形显示RAM中,显示刷新电路以确定的速率(20Mbps)读取波形RAM,并以象素的形式显示在CRT屏幕上。小结小结11)示波器基本组成:垂直、水平、触发、显示)示波器基本组成:垂直、水平、触发、显示2)数字示波器工作的四大基本要素:)数字示波器工作的四大基本要素:幅度量化幅度量化 时间量化时间量化 触发点(时间参考点)触发点(时间参考点)显示象素重组显示象素重组3)控制处理中心:微处理器系统)控制处理中心:微处理器系统4)心脏:采集时钟、处理器时钟)心脏:采集时钟、处理器时钟5)取样方式:实时取样、等效取样(
21、随机、顺序)取样方式:实时取样、等效取样(随机、顺序)第四节第四节 主要技术指标主要技术指标 一、一、AV4445AV4445的主要技术指标的主要技术指标 1.1.垂直系统垂直系统 a)带宽 重复带宽:DC100MHz (10mV/div)DC60MHz (10mV/div)单次带宽:DC40MHzb)上升时间重复:3.5 ns (10mV/div);5.83 ns(10mV/div)单次:8.75ns c)上冲:5%(10mV/div);10%(10mV/div)d)偏转因数:2mV/div5V/div(1、2、5步进)e)偏转因数误差(1030):1.5%满度2%读数1LSB(在2mV/d
22、iv误差增加1m)注:1LSB定义为0.4%满刻度。在09和3140时,误差增加2%读数。f)偏移范围:2V(200mV/div),40V(200mV/div)g)输入电阻:1M1%h)输入电容:13pF2.水平时基系统水平时基系统a)扫描时间因数:2ns/div50s/div(1、2、5步进)b)扫描时间因数误差:(40ps+0.01%t读数+0.2%屏幕宽度)c)延迟范围 负延迟:不小于10格或2.5ms(取较大者,200us/div为单次方式)正延迟:最大500s3.触发系统触发系统a)触发源及触发电平范围 触发源:内(通道1或通道2)、外、交流(50Hz)触发电平范围:6格(以水平中心
23、线为参考)b)触发灵敏度:如表所示。c)触发晃动(1min):800ps(峰-峰)范 围内触发外触发10mV/div10mV/divDC20MHz1div12div60mVp-p20MHz100MHz15div25div120mVp-p4.4.功能特性功能特性1)数字化器 a)分辨率:8bit b)数字化速率:200MSa/s c)记录长度:1Mpts2)显示系统a)显示格式:全部为网格(810),或带刻度的方框b)显示方式:正常、峰值检测、平滑(平均)、矢量c)平均次数:4、8、16、32、64、128、256次可选3)垂直系统a)输入耦合:DC、AC、GNDb)带宽限制:上限带宽约20MH
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