示波器-惯例丈量需求必备的东西

　　几年之前的某些”顶级”丈量手法现在已成为惯例办法。简直每个工程师都可以叙述一些这样的阅历：他们怎么追寻因为信号的几个纳秒的推迟或简直无法发觉的瞬态而引发的问题。在丈量现在的电路时，必需求处理更快的信号边际、更高的时钟频率，还要处理模仿量，在数字体系中更是如此。同一台示波器，早晨用于描绘时序，正午或许被用于扫除模仿电路的毛病，到了下午则用来丈量电源。所有这些都是惯例丈量，可是需求的改变规模却很大。
　　让我们调查一些”惯例”的丈量，看它们对示波器有什么要求：
　　根底丈量：”信号是否存在”，波形，振幅和频率（或周期），噪音。
　　尽管现在的频率规模比过去高，大都示波器彻底可以担任这些丈量。60MHz到100MHz的带宽就能显现出很抱负的信号边际和瞬态细节。
　　关于根底丈量来说，示波器最可贵的长处是简略运用。现在的数字存储示波器运用了主动化的丈量办法和游标，与网格线判读的办法比较，其读数更方便、更准确。
　　数字丈量：边际守时联系、瞬态、”单次”事情。
　　示波器的带宽和采样率关于数字丈量是十分重要的。假如示波器”太慢”，则快速的边际跳变和过冲有或许被软化乃至丢掉。为了可靠地捕获到不行重复的事情，示波器的采样率（频率）有必要比被测信号的频率高5－10倍。
数字电路丈量：树立时刻和坚持时刻，数据收集，总线毛病。
　　数字电路丈量有着与数字丈量相类似的需求，不过游标和主动丈量使得重复性的测验愈加简略。为了对器材功用作出文档阐明，常常需求波形存储功用。
　　电源丈量：沟通电压、电流、谐波。
　　关于示波器来说，电压丈量和其他的动态丈量并没有很大的不同，仅仅电压和电流值太高或许发生风险，并且信号或许没有真实的接地。为此，需求选用专门的探头技能。
　　在丈量电源的谐波（为了使电源契合稳压电源的质量规范，应丈量此参数）时，需求FFT（快速富利叶改换）东西供给信号的频域图。 很显然，为当今的丈量使命挑选一台通用的示波器是至关重要的。值得幸亏的是，现代的数字存储示波器（DSO）可以很好地担任上述大大都丈量使命。可是各种类型的DSO在特性、功用和价格上有很大差异。泰克公司的TDS2012 DSO是那个价位的示波器中最为通用的一种，其带宽为100兆赫兹（采样率为1 GS/s），可主动丈量，十分简便（分量仅有1.5公斤），有波形存储功用，有多种探头挑选和通讯办法挑选。此外，该系列产品还以最为经济的价位供给60MHz和100MHz、200MHz的一系列数字示波器。
◆ 数字电路丈量
　　调试样机是每个数字规划项目的组成部分。有时，假如电路的运转不稳定，或许根本不作业，就有必要承认主时钟信号在整个体系中的传送是否正确，在抵达目的地时是否完好无缺。一般有许多测验点和器材的引线需求查看。在直观地查看信号的完好性时，常用的一个办法便是丈量它的频率或振幅，或许两者都测。
　　假如没有主动丈量手法，这个进程会因过于费时而失去了实际意义。TDS 2012这样的主动化数字存储示波器是数字电路丈量的最佳东西。
　　TDS2012 的可以挑选波形的”聪明”主动设置（AUTOSET）功用，可以当即给出很合用的波形。AUTOSET能主动设置触发办法、获取办法、笔直标度因子，以及捕获方针波形并将其明晰地显现出来所需求的其他参数。经过屏幕上的波形可以很简略地查看信号的畸变或失真。
　　下一步是用另一个内置的省时功用来丈量频率和振幅。运用MEASURE按钮可以一起进行四种不同的主动丈量并显现成果。当从一个测验点移动到另一个测验点时，TDS 2012可以保存这个设置，并跟着丈量作业的进行从头估价出新的丈量办法。图1给出了丈量成果。图中显现了时钟信号，以及频率、周期和振幅峰值的定量读数。
　　假如在规划中把灵敏的模仿电路和快速的数字元件组合在一起，那么数字的开关瞬态就有或许进入模仿电路。例如在录像机中，这些瞬态可以叠加到视频信号上并引起令人厌烦的画面失真。模仿电路自身固有的噪音常常掩盖了开关瞬态。那么瞬态是从哪儿发生的呢？
　　TDS 2012 示波器的均匀（AVERAGE）办法可以协助你透过噪音看到令人扎手的瞬态并查明其原因。AVERAGE是获取菜单中的一个选项。示波器最多可挑选128个获取项，并生成一个均匀的波形，只挑选可以发生最佳成果的获取数就可以了。图2 给出了一条模仿信号线的均匀视图。本来被无关的噪音掩蔽起来的数字瞬态，现在很明晰地从底线突现出来。从瞬态的频率和时刻特征可以找到有关其来历的头绪。在本事例中，两块电路板导轨相距太近，以致于将数字信号的快速前沿耦合到了模仿波形轨道上。
　　TDS 2012 的另一种获取办法为峰值检测（PEAK DETECT），可以捕获快而窄的过冲。这种毛病使模仿示波器和其他数字存储示波器的等时获取功用无法发挥作用。PEAK DETECT还供给了确保毛病不会漏检的另一种东西。
　　每个周期中的负向尖峰脉冲或许是转化中的一个固定位形成的。请注意，TDS 2012的PEAK DETECT功用结合了它的高带宽和10倍过采样才能，使得瞬态在榜首方位上暴露无遗。当时，这一功用在靠近查看尖峰脉冲时是很有用的。
　　为此，要用水平方位调理将触发指示器（屏幕顶部的箭头）定坐落屏幕的中心。 在这一点上，主时基的方位（M Pos）应当为 0。然后，调整触发电平使波形的过冲部分坐落屏幕的中心。最终一步是用水平SEC/DIV调理将过冲打开。
◆ 集成电路参数丈量
　　跟着时钟频率的逐年添加，逻辑器材的技能规范，树立时刻和坚持时刻，变得愈加重要。尽管制造商的数据表里供给了树立时刻和坚持时刻参数，在电路中装备新的器材之前一般仍是要对这些参数加以承认。TDS 2012 的时刻游标简化了树立时刻和坚持时刻的丈量。
　　树立时刻是指有用数据抵达和将数据收集到器材中去的时钟边际之间的时刻量。换言之，便是数据在被收集之前有必要存在多长时刻。图5 描绘的是数据和时钟信号；本例中是时钟的下降沿起作用。为了丈量树立时刻，只需按TDS 2012的CURSOR按钮并挑选时刻游标；然后，用笔直方位旋钮将其定位。在本例中游标1 是设定在数据信号（下面的轨道）振幅的50％处，而游标2 是坐落时钟下降沿的顶部。在波形右面”Delta”栏中的读数即为测得的树立时刻，本例中为10毫微秒。
在丈量坚持时刻时要阅历相同的进程。坚持时刻便是在时钟信号的锁存沿收集了数据之后该数据还有必要坚持有用的那段时刻。
　　在描绘IC器材的特性时常常要检测信号的上升时刻。TDS 2012 可以主动丈量上升时刻和下降时刻而无须运用游标。
在描绘器材特性时常常需求将成果记录在文档中。假如在TDS 2012 上装备了接口模块，即可经过接在并行端口的兼容打印机将波形打印出来，经过泰克的OpenChoice 软件，示波器也可将信息发送到外接的PC核算机上或进行更多的参数丈量。此外，这种示波器还能存储两个完好的波形数据以供在任何时候从头调用和显现。
◆ 电源丈量
　　电源丈量有其特别的要求。当然，电压值和电流值一般是比较高的。但最重要的是，电源的测验点有或许是”起浮”的，即没有参阅接地。因为大都示波器都需求以地为基准的信号，所以有必要运用可以将示波器的地与电路的地隔脱离的探头。泰克公司的P5200差分探头便是这样的东西。这种探头可以自供电，与TDS1000/2000彻底兼容，并且最大丈量规模达1300伏，适用于电机驱动、供电和其他的起浮量的丈量。
　　开关电源的稳压电路一般要运用功率MOSFET（MOS场效应管）。为了丈量MOSFET上的Vds（漏极到源极的电压）值（参见图7），将P5200探头连接到示波器输入端，将其衰减开关设定为50X或500X（视待测电路的电平而定）。经过所用通道的VERTICAL MENU按钮挑选与待测电平相匹配的笔直标度。这样可以确保屏幕读数的巨细恰当。P5200是差分探头，有两根导线跨接在测验点上。P5200的输出是低电平的单端信号，可以像其他TDS 2012波形相同用AUTOSET、主动丈量或游标等办法获取。
　　电流丈量适当简略。泰克公司的A621自供电电流探头直接连接到TDS2012上，并以相同的办法设置丈量进程。电流探头对错接入式的，传感器“盘绕”着导体，经过感应耦合来获取信号。图7所示的电流丈量是将A621的传感器端头置于来自整流器和滤波器的导线周围。
　　开关电源简略生成可以返回到功率栅极的奇次谐波。为了能契合确保供电质量的稳压规范（如IEC 555），丈量谐波内容的需求日益增多。TDS 2012还可进行谐波丈量，主动地将惯例的时域波形（如上述电压波形或电流波形）转化为它的频率成分（谐波）。
◆ 定论
　　用示波器完结的许多丈量都是”惯例”的，但这并不意味着丈量自身是简略的。它们要求丈量仪器不光能给出准确的成果，还要可以简化丈量作业（比如时刻和振幅丈量、过冲检测、起浮电压丈量等）。泰克的TDS1000/2000系列示波器集所有这些特点于一身，细巧细巧，经济实惠，是每个工程师案头必备之物。