談示波器第二回——模擬和數(shù)字示波器測(cè)試性能的具體表現(xiàn)
這一回主要討論模擬和數(shù)字示波器在測(cè)試方面的具體表現(xiàn)，并給出適用的場(chǎng)合，以便大家在測(cè)試的時(shí)候做出恰如其分的選擇。此處選擇的模擬示波器是日立的V252，這個(gè)款示波器的保有量非常的大，最早的型號(hào)是V212，國(guó)內(nèi)廠商多有仿制，日立（Hitachi)也是迄今為止仍在生產(chǎn)模擬示波器的廠商。數(shù)字示波器是泰克TDS3000系列中的TDS3014，TDS3000的經(jīng)典性也是毋庸多疑，國(guó)內(nèi)工程師也多有接觸。TDS3000系列自從1994年首次發(fā)布，一直到今天仍在服役，并誕生了DPO的概念，但值得注意的是此DPO指的是軟件模擬的，更多指的是模擬余暉，與大家熟悉的采用了DPX芯片的DPO不是一個(gè)概念。
測(cè)試前的準(zhǔn)備
模擬示波器由于沒(méi)有自校準(zhǔn)功能，所以每次在使用之前最好進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的校正，除非這個(gè)示波器是你正在使用的，沒(méi)有別人動(dòng)過(guò)。具體做法是連接面板上1kHz@0.5V的校準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)節(jié)水平檔位的時(shí)基旋鈕到1mS或者0.5mS，再調(diào)整SWP VAR使得校準(zhǔn)信號(hào)的一個(gè)周期正好占據(jù)屏幕上的1格（1mS/div）或2格（0.5mS/div）。然后調(diào)整Position 旋鈕使得基線占據(jù)整個(gè)窗口，也可以右移使得掃描起點(diǎn)也就是觸發(fā)點(diǎn)從屏幕的中心開(kāi)始。由于V252沒(méi)有Autoset功能，所以要設(shè)置合適的觸發(fā)電平，使得波形穩(wěn)定顯示。
注意，剛出廠的示波器廠商已調(diào)整過(guò)，一般不需調(diào)整，但二手或者工作場(chǎng)所在地理空間上比較大的變化的時(shí)候需要重新校準(zhǔn)。
數(shù)字示波器每次開(kāi)機(jī)時(shí)，都會(huì)進(jìn)行自檢和自校正，所以水平時(shí)基不需要手動(dòng)校準(zhǔn)。但無(wú)論是哪種示波器在使用探頭時(shí)都要進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)槊颗_(tái)示波器需要的補(bǔ)償電容都是不一樣的。
測(cè)量小信號(hào)
雖然示波器不是測(cè)試小信號(hào)的最佳選擇，但在測(cè)試傳感器之類的信號(hào)時(shí)，往往會(huì)遇到mV級(jí)的信號(hào)，雖然為了提供信噪比，并將mV級(jí)的信號(hào)放大到示波器便于測(cè)試的水平，比如放大10被到10mV級(jí)，但能不加放大器而直接觀測(cè)當(dāng)然最好不過(guò)。下面就來(lái)看看兩種示波器的表現(xiàn)。
如圖所示，待測(cè)信號(hào)為一 5MHz@5mVpp的正弦，信號(hào)源和示波器之間采用BNC連接。TDS3014設(shè)置為自動(dòng)余暉，但基線依然非常粗糙，基線的Vpp值超過(guò)1mV，而V252的波形則非常干凈。V252的最小時(shí)基0.2uS，此處使用了x10 MAG功能，將水平掃描速度放大10倍，時(shí)基擴(kuò)展后設(shè)置為5nS/div，同樣的垂直分辨率最小只有5mV/div，也使用了x5 Gain 功能，擴(kuò)展到1mV/div。
由于模擬示波器比起數(shù)字示波器來(lái)不易耦合噪聲，或者說(shuō)沒(méi)有數(shù)字示波器那么靈敏，更加適合測(cè)試小信號(hào)，尤其是mV級(jí)信號(hào)，這也是眾多Hifi發(fā)燒友鐘情于模擬示波器的原因之一。
測(cè)量方波
示波器的帶寬是按正弦波定義的，但方波含有豐富的諧波，一般測(cè)試方波至少要測(cè)到5次諧波，測(cè)試方波所需帶寬更準(zhǔn)確的計(jì)算方法是看上升沿。
Bw=0.35/Tr
上述公式適用于帶寬1GHz以下的，采用高斯響應(yīng)的示波器。
如圖所示待測(cè)信號(hào)為5MHz@5Vpp，上升沿約18nS的方波，5次諧波是25MHz，用上升沿計(jì)算得出的帶寬為19.4MHz，V252的帶寬為20MHz，剛能滿足要求。 可以看得出V252顯示的波形上下過(guò)沖更小，上升沿跟TDS3014的一樣。值得注意的時(shí)，由于V252的水平時(shí)基位于0.2uS/div時(shí)，標(biāo)明MAG UNCAL，所以此時(shí)的時(shí)基不是非常準(zhǔn)確。
再來(lái)一張，多個(gè)周期，TDS3014顯示方波的過(guò)沖要比V252明顯的多。
測(cè)量GND耦合
幾乎所有示波器的通道耦合都有GND，顧名思義，GND時(shí)將輸入直接接地，此時(shí)可以查看基線的垂直位置，理想示波器的基線是位于0電平的一條直線。但事實(shí)上當(dāng)連接輸入信號(hào)時(shí)，GND往往會(huì)耦合輸入通道上的信號(hào)，使得GND耦合不再是一條直線。所有做過(guò)高速電路的人幾乎都有這個(gè)經(jīng)驗(yàn)，地噪聲或者叫地彈是不容忽視的因素。
輸入5MHz@5Vpp 正弦波，選擇5V是數(shù)字電路中常見(jiàn)的CMOS電平也是5V。TDS3014只有不到20mVpp的噪聲，而V252則超過(guò)了40mVpp。
輸入5MHz@5Vpp的方波。TDS3014顯示的噪仍然不超過(guò)20mVpp，而V252則不但超過(guò)了100mVpp,而且波形不再是方波。
輸入3MHz@5Vpp的脈沖，TDS3014地上耦合的噪聲達(dá)到36mVpp，但波形仍然是脈沖。V252地上耦合的噪聲不大達(dá)到了近100mVpp，而且變成了類似Burst的波形。
測(cè)試相位
利用李薩茹圖形，示波器可以方便的測(cè)出兩個(gè)信號(hào)之間的相位差。CH1（x）CH2（y）輸入2個(gè)頻率相同，但相位不一樣的信號(hào)。
注意，V252的圖形看上去比TDS3014干凈的多，但實(shí)際上是由于信號(hào)變化的很快，而且V252沒(méi)有無(wú)線余暉功能，所以圖中不出來(lái)變化，但實(shí)際測(cè)試的時(shí)候，留意看，還是可以看到一閃而過(guò)的信號(hào)軌跡。拋第一個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)問(wèn)，這個(gè)波形的表示的相位是多少？
跟上圖一樣，雖然圖中反映不出來(lái)，但留意觀察，仍然能在V252上看到原中央一閃而過(guò)的軌跡。這也是普通模擬示波器的一個(gè)顯著缺點(diǎn)，雖然有余暉，但不能保持，也不能長(zhǎng)到讓人觀察清楚快速變化的信號(hào)。
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