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1、示波器基本原理及應用Agenda一、示波器的種類二、數位示波器的基本原理三、探棒的原理及種類訊號種類1.類比示波器 (AnalogRealTime)優點:即時顯示,波形真實,構造簡單。缺點:無儲存功能,無自動參數量測功能,僅有邊緣觸發及簡單的視訊觸發功能,無法與電腦連線做自動量測。2.數位示波器 (DigitalStorageOscilloscope)優點:擴充功能多,多種儲存方式,波形,設定,自動參數量測功能,具進階觸發能力,可與電腦連線做自動量測。缺點:不是即時顯示。二、數位示波器的基本原理1.頻寬(Bandwidth)2.線性範圍(Linearrange)
2、與過載恢復(OverdriveRecovery)3.取樣率(Samplingrate)4.波道數(Channel)及波道補償(ChannelDeskew)5.取樣率v.s.時基(TimeBase)v.s.記憶長度6.顯示模式(DisplayMode)7.DPO顯示(DPODisplay)8.觸發(Trigger)1.頻寬(Bandwidth)頻寬的定義示波器頻寬v.s.正弦波振幅訊號頻寬與上升時間系統頻寬示波器頻寬v.s.上升時間的準確度Question頻寬的定義示波器頻寬定義-示波器的輸入端加入一固定電壓的正弦波信號,逐漸增加該正弦波的頻率,直到示波器上顯示該
3、正弦波電壓為原來的0.707倍或-3db,此時的頻率,即為示波器的規格頻寬示波器頻寬v.s.正弦波振幅訊號頻寬與上升時間非正弦波訊號的頻寬,可以其上升時間來決定,若此訊號通過一低通濾波器(一階),則其頻寬(BW)為0.35/上升時間(tr),也就是說BWxtr=0.35。系統頻寬頻寬和上升時間成倒數關係其公式如下:其中示波器頻寬﹍影響轉態時間的測量值△低通濾波器(一階)效應→△量測值是系統的合成結果→示波器的量測中,探棒是必備的,所以探棒頻寬亦會影響量測結果.頻寬x上升時間=0.35示波器頻寬需大於輸入訊號頻寬示波器頻寬v.s.上升時間的準確度量測信號上升時間時
4、,示波器頻寬將影響量測結果Question假設使用350MHz頻寬的示波器,量測在1ns上升時間的方波訊號,量測值為多少?(0.35/350M)需要多少頻寬以上的示波器,才能量測到真正的量測值?使用1GHz,頻寬示波器(0.35/1G)(示波器頻寬等於輸入信號頻寬,量測值如下)(示波器頻寬大於輸入信號頻寬3倍,量測值如下)2.線性範圍(Linearrange)與過載恢復(OverdriveRecovery)線性範圍(Linear)過載恢復(OverdriveRecovery)量測實例一量測實例二線性範圍(Linear)示波器的線性範圍有兩種定義:系統線性範圍：有
5、時定義為輸入靈敏度,譬如範圍從1mV/每格到10V/每格,在這範圍內,其測量精確度固定,如1%顯示線性範圍：是指在一個螢幕顯示範圍內的線性度,也就是從螢幕的最下方到最上方內,所有測量值都需要有同一精確度過載恢復(OverdriveRecovery)過激(Overshoot)及下激(Undershoot)不可縮放功能來觀察,其因解析度不夠造成量測誤差螢幕外的訊號造成示波器顯示線性範圍的過載量測實例一量測實例二3.取樣率(SamplingRate)取樣率的理論取樣方式即時取樣等時取樣取樣率不足頻寬與取樣率取樣率的理論頻率為f的正弦波g(t),若以2f的取樣率,則其傅
6、立葉轉換式為利用sinc內插函數,以2f的取樣率,就可將頻率為f的正弦波g(t)還原,此2f(取樣率為訊號頻寬的兩倍)稱為Nyquist取樣率(4)取樣率的理論實際線路需大於2f取樣率(譬如2.5f),方能還原頻率為f的正弦波假象訊號(Aliasing)真實訊號取樣方式即時取樣(RealTime)等時取樣(EquivalentTime)順序(Sequential)隨機(Random)取樣方式即時取樣信號輸入示波器,觸發後,一次取樣完成所要的資料等時取樣利用重覆取樣技術,經過許多觸發擷取循環,來重組一週期性高頻波形順序取樣技術T1T4T3T2S2S3T1SNS1S
7、1不具前置觸發能力隨機取樣技術可具有前/後置觸發能力S(T1)S(TN)取樣率不足取樣率不足使量測上升時間產生誤差頻寬與取樣率針對突波(glitch)這種非常高頻訊號5.波道數與波道補償波道補償波道數與取樣率波道補償波道數:即示波器所能接收外界訊號之通道數目。◎一般示波器輸入波道數有:4Channel/2Channel/2Channel+2Channel(AUXTrigger)波道補償:為消除外部的時序誤差,(電纜延遲,不匹配探棒等等)-增加時序量測的準確度-需要電壓電流相位參數的電力測量*波道數與取樣率一般示波器使用越多波道數,則其取樣率會下降。例如:TDS5
8、104B最大即時取樣率為
