新闻中心
公司新闻
行业动态

选择示波器时要注意什么

时间:2021-10-14 来源:

对于许多工程师来说,选择新的示波器 可能令人生畏 - 有数百种不同的型号可供选择,成本和规格差异很大。本文将指导您完成所考虑的迷宫,并希望能帮助您避免犯下可能被证明是一个代价高昂的错误。


首先要做的事情
选择示波器的第一步不是看广告或范围规格,而是花一些时间思考你将在何处使用它。·您将在哪里使用示波器(在工作台上,在客户现场,在汽车引擎盖下)?·您需要一次测量多少个信号?·您需要测量的信号的最大和最小幅度是多少?·您需要测量的信号频率最高是多少?·你的信号重复还是单发?·您是否需要在频域(频谱分析)和时域中查看信号?有了上述知识,您就可以开始考虑哪种示波器最适合您的应用。

模拟与数字本文的重点是数字存储示波器(DSO),因为它们代表了当今购买的大多数新示波器。在描述在数字示波器中寻找什么之前,有必要首先至少触及模拟。大多数电子工程师会在某个时候使用模拟示波器,并熟悉其布局和操作。事实上,今天许多购买示波器的人正在用数字替代模拟。尽管仍有一些工程师喜欢模拟示波器的外观和感觉(更不用说温暖),但它们几乎没有任何DSO无法超越的功能。如果您仍然受到模拟示波器的诱惑,您会发现您的选择有限。只有少数制造商仍在生产模拟示波器; 一些仍在销售的型号基于相当古老的技术,而且性能往往非常有限。购买二手模拟示波器最初可能看起来具有良好的经济意义,但在此之前,请检查备件的可用性,因为高维修成本会使购买成为虚假经济。还有其他标准增加了模拟与数字辩论的重要性。数字存储示波器:·小巧便携·拥有最高带宽·有单发能力·有彩色显示·提供屏幕测量·拥有简单的用户界面·提供存储和打印具有PC连接的现代DSO也可以完全集成到自动测试设备(ATE)系统中。此外,DSO通常用作高速数据采集系统的前端,使每个通道的成本更加经济可行。


带宽要考虑的第一个特性是带宽。这可以定义为可以通过前端放大器的最大信号频率。因此,示波器的模拟带宽必须高于您希望测量的最大频率(实时)。仅带宽不足以确保DSO能够准确捕获高频信号。示波器制造商的目标是通过其设计实现特定类型的频率响应。该响应称为最大平坦包络延迟(MFED)。这种类型的频率响应可提供出色的脉冲保真度,并具有最小的过冲,下冲和振铃。然而,由于DSO由放大器,衰减器,ADC,互连和继电器组成,因此MFED响应是一个目标,只能接近,而且永远不会完全满足。值得注意的是,大多数示波器制造商将带宽定义为正弦波输入信号衰减到其真实幅度(-3 dB点)的71%的频率。或者,换句话说,它们允许显示的跟踪在输入错误之前为29%,然后再调用它。还要记住,如果您的输入信号不是纯正弦波,它将包含更高频率的谐波。例如,在20 MHz带宽示波器上观看的20 MHz纯方波将显示为衰减和失真波形。根据经验,尝试购买带宽比您想要测量的最大频率信号高五倍的示波器。不幸的是,高带宽范围很昂贵,所以你可能不得不在这里妥协。在某些示波器上,所引用的带宽并非在所有电压范围内都可用,因此请仔细检查数据表。


采样率使用模拟示波器时,生活很简单:您只需选择所需的带宽。对于数字示波器,采样率和存储深度同样重要。对于DSO,采样率通常以每秒兆样本(MS / s)或每秒千兆采样(GS / s)指定。奈奎斯特准则指出,采样率必须至少是您要测量的最大频率的两倍:对于频谱分析仪,这可能是正确的,但对于示波器,您需要至少5个采样才能准确地重建波形。大多数示波器具有两种不同的采样率(模式),具体取决于被测信号:实时和等效时间采样(ETS) - 称为重复采样。但是,ETS仅在您测量的信号稳定且重复时才有效,因为此模式通过连续采集建立波形来工作。例如,Pico Technology 12位ADC-212/100将以100 MS / s的实时采样,或者对于重复波形采样为5 GS / s。图1a显示了采样率为50 MS / s的20 MHz方波 - 与图1b相比几乎无法识别,相同的波以5 GS / s捕获。现在,5 GS / s听起来很棒,但请记住,如果信号是瞬态或变化(比如视频波形),那么ETS将无法工作,您将不得不依赖于实时(单次拍摄)带宽,这通常是低得多。建议:范围制造商喜欢强调最佳的声音规格,因此如果引用的采样率适用于所有信号,或者仅适用于重复信号,您可能需要仔细查看规格。您可能会发现您计划购买的范围不符合“目的”。某些示波器具有不同的采样率,具体取决于使用的通道数。通常,单通道模式下的采样率是双通道模式下的两倍:再次检查规格。image.png图1a:采集速率为50 MS / s的20 MHZ方波。1634201336(1).png图1b:以5 GS / s捕获的20 MHZ方波。

记忆深度记忆深度可能是DSO最不了解的方面,这是一个耻辱,因为它是最重要的之一。DSO将捕获的样本存储在缓冲存储器中,因此,对于给定的采样率,缓冲存储器的大小决定了在存储器满之前捕获信号的时间。采样率和记忆深度之间的关系很重要; 具有高采样率但内存较小的示波器只能在前几个时基上使用其全采样率。图2a显示了使用1 k缓冲存储器捕获的200μs视频波形。1 k缓冲存储器将采样速率限制为5 MS / s(1 k /200μs),即使示波器能够以100 MS / s采样。乍一看,这似乎令人满意地捕获了波形。然而,当波形扩展为在色同步信号上“放大”时,显示出小缓冲存储器的限制(图2b)。颜色突发(“步骤”底部的振荡)持续约5μs,因此在正常视图中只有25个点在内存中表示,但是当我们放大时,这几个点用于填充屏幕。图2c显示了视频波形的相同色同步部分,但这次是在具有128 kB缓冲存储器的示波器上捕获的。我们有超过3000个点可用于表示色同步区,差异很明显。1634201391(1).png图2a:使用1 K缓冲存储器捕获的200μs视频波。1634201437(1).png图2b:当波形扩展以显示色同步信号时,显示小缓冲存储器的限制。1634201484(1).png图2c:显示相同的波形,这次使用128 kB缓冲存储器。

现实世界的例子为了理解带宽,采样率和存储深度之间的关系,考虑一个真实世界的例子是有意义的。考虑尝试捕获一帧USB(1.1)数据。数据帧持续1毫秒,并以12 Mbps的速率传输串行数据。为了简化我们的分析,我们可以假设我们必须捕获12 MHz方波1 ms。带宽 - 为了测量12 MHz信号,我们需要绝对最小值为12 MHz,但这会产生非常失真的信号,因此具有至少50 MHz带宽的示波器是明智的。采样率 - 为了重建12 MHz信号,每个波形需要大约5个点,因此需要60 MS / s的最小采样率。存储深度 - 以60 MS / s捕获数据1 ms需要最小存储深度为60,000个样本。


分辨率和准确性在数字电子产品中,1%的信号变化通常没有问题,但在音频电子设备中,0.1%的失真或噪声可能是一种灾难。大多数现代DSO都针对快速数字信号进行了优化,仅提供8位分辨率(8位ADC),因此最多可以检测到0.4%的信号变化(见表)。对于8位,电压范围分为256个垂直步长(2 8 = 256)。选择±1 V范围时,这相当于每步约8 mV。这对于观看数字信号可能是足够的,但是留下了观察模拟信号所需的东西,特别是在使用频谱分析仪功能时(如果有的话)。对于音频,噪声,振动和监测传感器(温度,电流,压力)等应用,8位示波器通常不适用,您应该考虑12或16位替代方案。至于DSO的准确性,它通常不被认为太重要。您可以在几个百分点内进行测量(大多数8位DSO引用3%到5%DC精度)但是为了更精确的测量,您应该达到万用表。使用更高分辨率的示波器,可以进行更精确的测量(1%或更高),因此无需使用仪表!具有高分辨率(12位或更高)和高DC精度的示波器有时被称为精密示波器 - 请参阅我们关于高分辨率示波器和FFT频谱分析仪的应用说明。


触发功能示波器的触发功能在其信号的正确点同步水平扫描:这对于清晰的信号表征至关重要。触发控制允许您稳定重复波形并捕获单次波形。根据所研究信号的类型,值得查看制造商提供的触发选项。所有数字示波器都提供相同的基本触发选项(源,电平,斜率,前/后触发),但在更高级的触发功能方面有所不同。更高级的触发功能是否有用又取决于被测信号。脉冲触发器对数字信号很有用,在跟踪间歇性故障时,自动保存到磁盘/存储器选项可以提供很大帮助。某些特定于应用程序的触发器(例如,磁盘驱动器测试)通常作为额外费用提供,并作为软件或固件升级安装。如果您可能使用这些“额外费用”中的一个,请不要害怕与供应商协商。这种“可选的额外”被免费抛出以达成交易并不罕见。


输入范围和探针典型示波器将提供±50 mV至±50 V的可选满量程输入范围。使用10:1和100:1衰减示波器探头可以测量更高的电压,重要的是检查示波器是否有小的您想要测量的信号的电压范围足够大。如果您经常测量小信号(小于50 mV),请考虑购买分辨率为12或16位的示波器。16位示波器的垂直分辨率是8位示波器的256倍,因此可以“放大”毫伏和微伏电平信号。检查您计划使用的范围探测是否匹配 - 或超出范围的带宽。一些制造商通过向示波器提供不合标准的探头来节省成本,并且仅提供更高带宽的探头,这些探头是从示波器中获得最佳效果所需的,作为可选附件。大多数示波器探头可以在1:1和10:1之间切换衰减。尽可能使用10:1设置,因为这样可以最大限度地减少被测电路的负载,并在意外连接到高压时增加过载保护。对于非常高速的信号(> 200 MHz),无源探头开始遇到由于电缆的电容返回到示波器而引起的问题。这可以通过投资有源FET探头来解决,该探头将缓冲放大器放置在探头尖端中。为了测量高压,例如±100 V,主电源和3相电压,最安全的选择是使用差分隔离示波器探头。


构成因素DSO大致分为三类:传统台式,手持式和基于PC的。专用的台式数字示波器通常具有最高性能,并且将反映在成本中。FFT频谱分析,PC接口,磁盘驱动器和打印机等功能都是昂贵的可选附件。手持式示波器对于移动中的工程师具有明显的优势,但要注意显示器不良(在阳光下难以阅读)和电池寿命短。对于给定的性能水平,它们也往往是最昂贵的选择。基于PC的示波器越来越受欢迎,因为它们相比台式机提供了相当大的成本节约。节省成本的原因是显而易见的; 通过使用已经放在桌面上的大规模生产的PC,您可以有效地免费获得大型彩色显示屏,快速处理器,磁盘驱动器和键盘。只需点击几下鼠标即可将数据导出到文字处理器和电子表格,这也是一个很大的优势。基于PC的示波器有两种:外部和内部。基于PC的内部示波器通常采用PCI格式的插卡。理论上,这些应该是成本最低的选择,但这并不总是证明是正确的。PC卡的主要缺点是噪音 - PC内部可能是一个非常嘈杂的电气环境,有些卡确实受到影响。另一个问题是便携性; 基于PC卡的示波器与一台台式PC配合使用。基于PC的外部示波器采用小盒子的形式,通过USB端口连接到PC。通过将所有模拟电子设备保持在PC外部,可以避免噪声问题。外部基于PC的示波器的第二个优点是便携性 - 它们可以与台式机或笔记本电脑一起使用。


加起来像恐龙一样,模拟示波器确实有它的一天。成本和性能参数确保了DSO的存在。它只是决定购买哪种类型。在不同范围之间进行选择时,请检查以下内容:在购买前尝试 - 并且不要害怕比较不同制造商的不同范围。如果供应商不提供“如果您不满意”的“退款”,那么您最好不要与他们打交道。对于更高成本的示波器,请进行演示,并确保使用您想要测量的实际信号完成演示,而不仅仅是显示范围良好的信号。购买任何示波器时,请询问升级并检查成本中包含的内容。对于基于PC的示波器,请确保包含该软件,并询问您是否需要支付软件升级费用。对于台式示波器,检查连接到PC /打印机的电缆和软件的成本 - 它可以增加总成本的50%。检查保修期。如果您的设备无法使用,供应商是否会在维修时借出另一个?最后,在互联网上查看示波器的独立评论。总之,按优先级顺序,它是带宽,采样率(实时和/或等效时间),然后是存储深度。注意:大多数DSO上的带宽和采样率都不是升级选项,因此一旦您支付了高达60,000美元的任何费用,您就会遇到自己的选择。。


邮箱:
传真:
地址:
深圳市宝安区西乡大道288号宝源华丰总部经济大厦B座511号