《DSO基礎知識介紹》PPT課件

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1、DSO基礎知識介紹,自動化工程學院測試計量技術研究所 優(yōu)利德電子科大測試儀器研發(fā)中心 主講人：楊擴軍 2012年10月26日,教研室基本情況,優(yōu)利德-電子科大測試儀器研發(fā)中心,教研室簡介,,教研室簡介,在國內(nèi)數(shù)字存儲示波器行業(yè)處于領先水平 從事數(shù)字存儲示波器的研究與設計已有12年,教研室簡介,,,,,,,,,開始研制手持 式數(shù)字存儲示 波表,2001年,1999年,2002年,2004年,2006年,2007年,2008年,2010年,第一臺25MHz數(shù)字存儲示波表研制成功,與江蘇科泰合作開發(fā)100MHz數(shù)字存儲示波器,完成100MHz數(shù)字存儲示波器的研制，同時開始與江蘇綠揚合作開發(fā)200MH

2、z手持式數(shù)字存儲示波表,與香港優(yōu)利德科技集團公司合作，迎來了發(fā)展的重要契機,推出第一臺優(yōu)利德示波器產(chǎn)品，第一年便實現(xiàn)銷售1萬臺的紀錄,制定數(shù)字存儲示波器國家標準,推出全國首臺數(shù)字三維示波器及采樣率為6GSPS，模擬帶寬為1GHz的高性能數(shù)字存儲示波器,,,2012年,將推出全國首臺采樣率為20GSPS，模擬帶寬為2.5GHz的高性能數(shù)字存儲示波器,6G數(shù)字示波器 數(shù)字三維示波器,,國內(nèi)首家推出號稱第三代示波器技術的數(shù)字三維示波器，核心指標性能同國外主流產(chǎn)品相當。,推出的6GSPS數(shù)字存儲示波器，采樣率指標居國內(nèi)最高水平。,示波器研究歷史和水平標志性成果,什么是示波器？,示波器是形象地顯示信號幅

3、度隨時間變化的波形顯示儀器，是一種綜合的信號特性測試儀，是電子測量儀器的基本種類,示波器的類型及區(qū)別,模擬示波器：ART 數(shù)字存儲示波器：DSO 數(shù)字熒光示波器：DPO 模擬數(shù)字混合示波器：MSO,示波器的類型及區(qū)別,示波器的類型及區(qū)別,DSO的典型構成,,,DSO各個部分的主要作用,模擬通道：對外界輸入信號進行調(diào)理，使其幅度進入ADC輸入范圍之內(nèi),DSO各個部分的主要作用,ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）：對模擬信號進行量化，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,DSO各個部分的主要作用,FPGA： 1、存儲來自ADC的采樣數(shù)據(jù) 2、觸發(fā)功能的實現(xiàn) 3、控制信號通道和觸發(fā)通道中的一些器件（DAC、程控放大器、選擇器等）,

4、DSO各個部分的主要作用,DSP（數(shù)字信號處理器）： 其相當于計算機的CPU，對整個示波器進行控制，主要功能有： 1、采樣數(shù)據(jù)的處理 2、外圍電路的控制 3、波形的運算、測量、存儲,示波器的四大技術指標,,,,1、模擬帶寬 2、采樣率 3、存儲深度 4、波形捕獲率（死區(qū)時間）,模擬帶寬,定義：示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時，顯示屏上對應基準頻率的顯示幅度隨頻率變化而下降3dB時，其下限到上限頻率的范圍。,模擬帶寬與上升時間的關系,例如：某示波器的上升時間為3.5ns，則該示波器的模擬帶寬為100MHz,另一示波器的上升時間為350ps，則該示波器的模擬帶寬為1GHz,模擬帶寬對測量的影響,

5、模擬帶寬對測量的影響,上升時間多快才是足夠快,采樣率,單位時間內(nèi)對信號進行采樣的次數(shù)（Sa/s或SPS）。為區(qū)分實時采樣和等效采樣，通常將基于實時采樣的采樣率稱為實時采樣率，基于等效采樣的采樣率稱為等效采樣率。,實時采樣,一次采集信號上的若干采樣點，并基于采樣點的時間順序顯示被測波形的方法。,等效采樣,對于周期（重復）信號，每次在一個信號周期采集一定數(shù)量的采樣點，經(jīng)過對多個信號周期進行多次采集，積累足夠的采樣點數(shù)量，并基于多次采集之間的時間關系，對采樣點重新排列，進而顯示出被測波形。,采樣率對觀察信號的影響,毛刺與窄脈沖精確捕獲復現(xiàn)能力,采樣率對觀察信號的影響,對單次事件精確捕獲復現(xiàn)能力,采樣

6、率對觀察信號的影響,脈沖序列精確復現(xiàn)能力,采樣率太低的后果混疊,如何選擇采樣率,存儲深度,表示示波器在最高實時采樣率下連續(xù)采集并存儲采樣點的能力，通常用采樣點數(shù)（pts）表示。 最大存儲深度由示波器的存儲器容量決定，增加存儲深度可通過外部存儲器實現(xiàn)。 存儲深度越深越利于觀察波形細節(jié),存儲深度對觀察波形的影響,存儲深度對觀察波形的影響,由該公式可以看出，總采集時間T是采樣周期和存儲深度N的乘積。,總采集時間T由時基檔確定，例如，設一示波器顯示屏共有10格 時基為1ms/div時，T=1ms/div*10div=10ms. 時基為10ns/div時，T=10ns/div*10div=100ns.

7、可見，時基檔位越慢，則總采集時間越長，即T越大。,增大T有兩種方法，一是增大采樣周期，二是增加存儲深度。當存儲深度達到示波器的極限時，就只能增大采樣周期，即降低采樣率。因此，存儲深度越深，在慢速時基檔的采樣率越高。,存儲深度對觀察波形的影響,設屏幕上共有12格，時基為1ms/div，則總采樣時間為12ms,存儲深度為24K時：,存儲深度為60M時：,存儲深度小結(jié),1、隨著時基的增加，用到的存儲深度會增加或者采樣率會下降 2、如果捕獲時間和采樣率的乘積超過了最大存儲深度，采樣率會下降 3、更深的存儲深度使得在給定采樣率下能捕獲更長時間的波形 4、更深的存儲深度使得在給定捕獲時間下有更高的采樣率和

8、數(shù)字帶寬 5、更高的采樣率減少了混疊的危險,波形捕獲率,單位時間內(nèi)示波器所能捕獲并顯示的波形幅數(shù)，通常以波形幅數(shù)/秒（wfms/s）表示。 示波器完成一次完整采集過程后，將對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，這就造成了在兩次采集過程之間存在較大的間隙，稱為示波器的“死區(qū)時間”。,波形捕獲率對波形觀察的影響,波形捕獲率越高，越容易捕獲到異常信號,示波器的四大子系統(tǒng),,,,1、時基系統(tǒng)：X方向 2、垂直系統(tǒng)：Y方向 3、觸發(fā)系統(tǒng) 4、采集系統(tǒng),示波器的四大子系統(tǒng),,,,時基系統(tǒng),時基：指屏幕上每格代表的時間長度 （s/div, ms/div, us/div, ns/div） 如何控制時基？,,時基系統(tǒng),,垂直

9、系統(tǒng)模擬通道的結(jié)構,垂直系統(tǒng)垂直檔位的控制,假定ADC最大輸入范圍為500mVpp，則,垂直系統(tǒng)基本概念,耦合：交流、直流、接地 帶寬限制 探頭比例 反相：以基線位置對稱,觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)的意義,觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)的意義,觸發(fā)電路的作用就是保證每次時基掃描或采集的時候，都從輸入信號上與定義的相同的觸發(fā)條件開始，這樣每一次采集或掃描的波形就同步，每次捕獲的波形相重疊，從而顯示穩(wěn)定的波形。 對單次信號進行捕獲 對重復信號中的異常波形或單次事件中的特殊波形就行隔離捕獲,觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)的意義,觸發(fā)設置是示波器使用最麻煩的一點 示波器都是根據(jù)信號特征進行的，需對被測信號有一定了解 不同觸發(fā)功能響應不同的觸發(fā)條件，根

10、據(jù)信號特征加以設定，會簡化測試，幫助快速發(fā)現(xiàn)問題 高級觸發(fā)可以使你單獨關注波形中感興趣的細節(jié),觸發(fā)系統(tǒng)預觸發(fā)及后觸發(fā),預觸發(fā)：在觸發(fā)條件滿足之前，先存儲一部分波形，從而使得用戶能觀察到觸發(fā)點之前的信號 預觸發(fā)深度：觸發(fā)條件滿足之前存儲的采樣點數(shù) 后觸發(fā)：在觸發(fā)條件之后，一定時間之后才開始存儲波形，從而使得用戶可以觀察觸發(fā)點之后較長時間內(nèi)的波形,觸發(fā)系統(tǒng)預觸發(fā)及后觸發(fā),觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)類型,邊沿觸發(fā) 脈寬觸發(fā) 斜率觸發(fā) 視頻觸發(fā),觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)源,CH1、CH2、CH3、CH4 交替觸發(fā) 外觸發(fā)、外觸發(fā)除5 市電觸發(fā),觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)耦合,直流耦合 交流耦合 低頻抑制 高頻抑制,觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)釋抑,觸發(fā)系統(tǒng)

11、觸發(fā)方式,自動：預觸發(fā)深度滿后一段時間內(nèi)觸發(fā)條件沒有滿足則關閉FIFO讀使能，結(jié)束邊讀邊寫過程，將FIFO寫滿 正常：預觸發(fā)深度滿后，必須等到觸發(fā)條件滿足才關閉FIFO讀使能，否則一直邊讀邊寫過程 單次：一次觸發(fā)條件滿足之后，將FIFO存滿，則停止采集。,觸發(fā)系統(tǒng)高級觸發(fā)功能,視頻觸發(fā) 碼型觸發(fā) 毛刺觸發(fā) SPI觸發(fā) I2C觸發(fā) RS232觸發(fā),采集系統(tǒng)采樣方式,正常采樣 峰值檢測：以最高的采樣速率運行ADC，既便設置的時基非常慢，采樣模式不能捕獲采樣點之間的快速變化的信號，而峰值檢測模式可以捕獲到。利用該模式可非常有效地觀察到偶爾發(fā)生的窄脈沖。 平均采樣 包絡檢測：示波器在連續(xù)采集過程中，對

12、波形記錄中的每個采樣點位置的最小值和最大值都存儲下來，并以此構成波形顯示。,一種特殊的顯示方式SCAN/ROLL,在慢速時基檔下，存滿FIFO的時間很長，例如50ms/div檔，要600msFIFO才會寫滿。此時如果觸發(fā)方式選擇為自動，則當軟件循環(huán)到讀采樣數(shù)據(jù)時，不論FIFO中有多少點，都將這些點讀取去顯示。,示波器的其它功能,光標 參數(shù)測量 存儲：USB、FLASH 數(shù)學運算：加減乘除、濾波、FFT AUTOSET 自校正 XY模式 波形錄制,根據(jù)波形特征設置示波器,。,如何設置示波器捕獲到你需要的波形,根據(jù)波形特征設置示波器,垂直方向： 幅度、耦合方式、帶寬、探頭比例、反相 水平方向 時基、預觸發(fā)深度 觸發(fā) 觸發(fā)電平、觸發(fā)耦合、觸發(fā)源、觸發(fā)方式、觸發(fā)類型 采集 獲取方式、存儲深度,The End!,Thank you！,