示波器使用高手之教你正確使用小技巧

示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便於人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在塗有熒光物質的屏麵上，就可產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏麵上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。

1、協議解碼

根據示波器波形顯示進行串行總線手動解碼既耗時又容易出錯。在這一相對簡單的I2C信號中，可能有問題存在。您能輕鬆找到這個問題嗎？甚至還能說出該信號代表什麽嗎？要對該數據包進行手動解碼，需尋找到包頭、數據位及包尾。利用時鍾狀態（**）對所有數據信號狀態（藍色）進行對照確認，然後將其轉換為十六進製數值。

圖1：示波器上的I2C信號

在此將手動解碼與自動解碼示例進行比較。隻需定義時鍾和數據處於哪些通道上以及定義用於確定邏輯值（“1”和“0”）的閾值，就可以讓示波器獲悉正通過總線傳輸的協議。在一瞬間，就可對串行數據進行解碼並將其顯示出來，說明總線波形顯示中的起始位、地址位、數據位和結束位。對I2C總線而言，地址值和數據值能夠以十六進製方式顯示，或以二進製方式顯示。

圖2：自動I2C解碼

2、網絡分析儀

 需測量回波損耗（Sdd11）或插入損耗（Sdd21），但卻沒有TDR或VNA，怎麽辦？您可用高帶寬示波器進行一些近似於網絡分析的測量，盡管這樣做好像有些超出其使用範圍，而且肯定有某些局限。傳統的頻率響應時間測試涉及對快脈衝的測量以及對響應FFT的查看。除這種測量外，您還可以通過一些相當基礎的設置來測量回波損耗和插入損耗。

例如，一些高速標準（像PCIExpress3.0和USB3.0）包括有這樣的測量，一長串邏輯值“1”後接一長串“0”。這構成一種穩態條件或低頻狀態。然後，測試圖案變為時鍾或1010圖案，又稱為奈奎斯特圖。對前後電壓電平進行比較，得到一個標稱插入損耗值。可采用更先進的技術以及自定義信號激勵來提取其他詳細信息。

圖3：64個“1”及64個“0”後接“1010”的圖形

3、在DVD驅動器上播放影片

大型LCD屏幕還可用作什麽呢？可以肯定的是，您可以在示波器上觀看信號完整性分析指南，但更令人高興的是，您還可以觀看最近的電影（但是還不能觀看3D視頻）。 

4、濾波

您是否需要用高帶寬示波器測量低頻信號但又不想有高頻噪音？許多示波器都具有數字信號處理功能，可進行濾波，包括低通濾波。下一次，您想在您12GHz示波器上測量100MHz時鍾時，可使用帶寬限製功能，以得到更佳的信噪比和更精確的測量值。

5、寬帶雷達測試

數字示波器早已具備FFT功能。隨著雷達和其他寬帶RF係統進入數字領域，現在示波器已具備瞬態或寬頻帶寬RF信號分析功能。您可以對無外部降頻轉頻器的寬帶雷達、高數據速率衛星鏈路或跳頻通信係統執行脈衝分析、數字解調和EVM測量。

圖4：顯示寬帶雷達信號的示波器

6、改善垂直分辨率

大部分示波器的A/D分辨率為8個比特。用不同的采集模式，可按如下所述，通過求相鄰采樣的平均值來提高垂直分辨率。那麽，通過求平均值和采用高分辨率模式可將分辨率提高多少呢？理論上講，增加值為0.5Log2N，其中N為相鄰采樣的平均數。

 

實際情況是，2個字節的存儲深度限製了這一增加。兩個字節為16位。保留其中一位作為符號位，剩餘的15位用作數據數值。舍入誤差使第14位和第15位成為隨機值，從而使實際限值變為13位。因此，改善可從約六個有效位開始，用高度過采樣時可增至約13位。

圖5：提高垂直分辨率

7、基於示波器的信號發生器

由於許多示波器都裝有計算機I/O端口，比如USB端口或以太網端口，因此可使用這些端口來生成測試信號。隻需下載合適的軟件（可在許多標準機構的網站上查找到）來激活測試模式，您就擁有了一台信號發生器。

8、測試文件

如果您想像大多數人那樣在示波器上進行分析，則可能還需要有一些測試文件。了解許多集成軟件分析工具中的測試報告功能，可為您節約一些時間。想要更高效，您可以通過遠程控製儀表指令自動化分析和測試報告的操作。即便是基本型示波器也具備針對文件的省時功能，比如“保存全部”功能，隻需按下一個按鈕，即可保存截圖、波形數據和設置文件。

圖6：文件測試報告功能的用途

9、智能檢索

沒有正確的檢索工具的話，要在很長的波形記錄中找到您感興趣的事件可能會很耗時。如今，記錄長度日漸超過100萬數據點，要定位您的事件可能意味著需要瀏覽成千上萬個信號活動屏。用軟件搜索工具可簡化對長記錄的瀏覽。甚至有前置麵板控製器，使您可快速進行縮放和平移操作，就像用DVR看視頻一樣。還可順便自動標注每個定義事件的發生情況，以便在各事件之間快速移動。

圖7：長數據記錄中標記的用途

10、觸發

示波器的觸發功能可在信號中的正確點進行同步水平掃描，對明確的信號檢定而言，是不可缺少的。觸發控製器允許您穩定重複波形並捕捉單次觸發波形。

在高速調試應用中，您的電路可能會工作99.999%或更長的時間。而正是.001%的時間會造成您的係統崩潰或正是您需要更詳細分析波形的一部分。高級觸發功能，如AB雙重事件觸發、窗口觸發、邏輯認證等等都有助於隔離問題，速度比在采集後搜索上百萬個數據樣本快很多。

圖8：高級觸發模式可減少對長數據記錄的搜索

 

11、儀器的遠程控製

您是否曾有過這樣的經曆：離開實驗室之前忘記檢查測量值或保存測試結果？沒有特殊軟件工具就無法遠程訪問示波器了嗎？幸運地是，隻需打開瀏覽器，輸入示波器的IP地址，就可輕鬆接入示波器。許多示波器，甚至基本型示波器，不僅可在實驗室中聯網，還可設置為可在線訪問的網絡服務器。

圖9：網絡驅動示波器可通過瀏覽器遠程訪問

 

12、眼圖

什麽是眼圖？通過眼圖，在高速數字設計領域工作的人士可識別多個比特相互疊加，被廣為使用的圖形。如何才能在不挨個查看的情況下就快速驗證上百萬個比特呢？

 

在一張瞬態圖中，您能大致了解會造成係統運行不可靠的時間變化、噪音、振鈴和其他信號完整性的影響。大部分示波器用戶都很熟悉這一工具，然而許多人並沒有意識到信號處理和可視化技術方麵的進步，從而加深對這一基本圖形的了解。通過眼圖，可基本了解電壓電平和邊緣速率等參數值。如果再進一步延伸這一概念，您可以用BER輪廓線（BERcontours）來推斷或預測誤碼率。下圖類似眼圖，但其顯示的誤碼率為定時抖動和電壓噪聲的函數。

圖10：示波器上可看到眼圖和更多信息。

示波器使用中的其他注意事項：

(1)熱電子儀器一般要避免頻繁開機、關機，示波器也是這樣。

(2)如果發現波形受外界幹擾，可將示波器外殼接地。

(3)“Y輸入”的電壓不可太高，以免損壞儀器，在最大衰減時也不能超過400V.“Y輸入”導線懸空時，受外界電磁幹擾出現幹擾波形，應避免出現這種現象。

(4)關機前先將輝度調節旋鈕沿逆時針方向轉到底，使亮度減到最小，然後再斷開電源開關，模擬示波器。

(5)在觀察熒屏上的亮斑並進行調節時，亮斑的亮度要適中，不能過亮。

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