2021年04月21日 | 充分发挥示波器潜能的 6 大秘诀

秘诀1 - 从基本触发开始

给您的信号拍一个终点照

要充分利用示波器的功能，示波器触发是您需要掌握的重要功能之一。如果您需要对当今许多更为复杂高速的信号进行测量，这一点尤为重要。

请将示波器触发试想为赛马的终点摄像。虽然这不是一个可重复的事件， 但在第一匹马穿过终点线时，相机快门必须与它的鼻子高度同步。在示波 器上查看没有触发的波形就像随机拍摄赛马的照片。从比赛开始到结束， 您会看到很多匹马，但不会得到真正需要的信息。

使用示波器的默认触发设置，示波器将在信号的上升沿触发。这个触发点会在屏幕中心（水平和垂直中心）显示。

您想要使用哪个通道作为触发源；您想要怎样的触发电平设置；您想在什 么样的边沿（上升沿还是下降沿）触发；以及水平和垂直位置控件，所有 这一切都可以选择，以帮助您获取正在寻找的确切事件的“照片”。

秘诀2 - 牢记探头要点

选择正确的示波器探头

探头用于连接示波器和被测器件（DUT），它们对于信号完整性至关重要。 市面上销售的示波器探头有成百上千种，您如何选择正确的那一款？ 个问题并没有唯一的答案，因为每一个设计都不尽相同。但是，在做 决定之前，您需要考虑一些不同的探头特征。

带宽

探头的带宽描述了探头能将多高的频率传递给示波器。探头带宽不够，一样会造成严重的信号衰减，探头带宽和示波器带宽选择方法一样。

衰减比

探头具有不同（有时可切换）的衰减比，衰减比会改变信号进入示波器 的大小。如果衰减比较高，您可以查看较高的电压，但它也会使示波器的内部放大器噪声更高。衰减比较低意味着您看到的示波器噪声更少， 但会有更多的负载效应可能让您的信号变形。

探头负载效应

没有任何探头能够完美地再现您的信号，因为当您将探头连接到电路时， 探头就会成为这个电路的一部分。这种现象称为负载效应。给系统增加不必要的负载，可能导致测量不准确，甚至会改变信号的波形形状！

• 电阻负载：最好是确保探头的电阻超过电源内阻的十倍，以使幅度下降 小于 10%。

• 电容负载：确保探头的标定电容负载符合您的设计参数。

• 电感负载：使用尽量短的地线来降低电感负载（在信号中显示为振铃）。

无源探头与有源探头

无源探头通常价格便宜、易于使用而且坚固耐用。无源探头是一种通用且精确的探头类型。它们通常会产生相对较高的电容负载和低的电阻负载。在探测带宽小于 600 MHz 的信号时，无源探头很有用。

有源探头使用有源元器件来放大或调节信号，并需要电源才能工作。它们能够支持更高的信号带宽。有源探头比无源探头的价格要高得多，并且不像无源探头那么坚固耐用。有源探头的负载效应通常比无源探头小。

无源探头非常适合于定性测量，例如检查时钟频率、查找错误等。有源探头则在定量测量方面表现出色，例如输出纹波或上升时间。

虽然有源 探头的成本高于无源探头，但它们对测量精度有很大的影响。

秘诀3 - 合理定标波形

正确的信号定标至关重要

示波器的采样速率和垂直分辨率对测量精度有影响，合适的信号刻度设置能让优化您的测量。

这两个屏幕都显示了同一个信号，但采用的标度不同，因此，测量的结果明显不同。

水平时基

在进行与时间相关的测量时，水平时基是一个重要考量。当您改变信号的水平时基（每格时间）时，您也改变了总信号采集时间。信号采集时间进而会影响示波器的采样速率。这种关系可通过以下公式来表示：

采样速率 = 存储器深度 / 采集时间

存储器深度为固定值，采集时间可以通过调整示波器上的每格时间设置来确定。随着采集时间增加，采样速率不得不降低，以便将整个采集结果存入示波器的存储器。进行时间相关的测量（频率、脉冲宽度、上升 时间等）时，选择适当的采样速率很重要。

垂直标度

正如水平时基对于时间相关的测量很重要一样，垂直刻度对于垂直相关的测量（峰峰值、RMS、最大值、最小值等）也很重要。只需简单地增加信号的垂直刻度，您就可以获得更精确的测量，测量的标准偏差要小得多。为什么垂直标度会对测量有影响？水平（时间相关的）测量受到采样速率的影响，而垂直（幅度相关的）测量则受到垂直分辨率的影响。

秘诀4 - 使用正确的采集模式

右边的屏幕是采用平均采集模式，明显呈现了更多的细节

示波器有哪些采集模式？

如果想对示波器读数有信心，您需要了解不同采集模式的优势和劣势， 这些模式包括：常规采集、平均采集、高分辨率采集和峰值检测采集。 采集模式是经过精细调整的采样算法。通过改变示波器模数转换器（ADC） 的采样速率并选择性地绘制或组合采样点，可以观察到信号的不同特性。

常规采集模式

常规采集模式是示波器的默认模式。ADC 进行采样，示波器抽取到所需 的点数并绘制波形。日常调试任务最好使用常规采集模式，因为它对信号给出了一个很总体的表述。这是一种安全的使用模式，不会出现重大 的问题。

平均采集模式

平均模式会捕获多个波形并将它们进行平均。平均采集模式的主要好处 在于它会通过平均去除信号上的随机噪声，让您只看到底层的信号。平 均采集模式只能用于周期性信号，并采用稳定的示波器触发。平均模式非常适合查看或表征非常稳定的周期性波形。

高分辨率模式

高分辨率模式是另一种平均采集的形式。然而，它不是波形到波形的平均， 而是点对点的平均。实质上，ADC 会对信号进行过采样，然后将相邻点 放在一起进行平均。这一模式采用实时 boxcar 平均算法，有助于减少随 机噪声。它还可以带来更高的分辨率位。

在降低随机噪声方面，高分辨率模式不如前面讨论的平均模式那样有效， 但它具有一些明显的优势。因为高分辨率模式对多次捕获没有依赖，所 以它可以用于非周期性信号和瞬态的触发。这使得在一般问题的调试上， 高分辨率模式比平均模式好得多。

峰值检测采集模式

峰值检测采集模式的功能与高分辨率模式类似。ADC 对信号进行过采样 并选择性地选择要显示的点。但是，峰值检测模式不是将这些点放在一 起加以平均，而是选择最高点和最低点进行绘制。这样做很有用，因为 它可以提供对异常高点或低点的洞察，而这些点在其他模式下可能会看 不到。峰值检测模式最适合用于检测毛刺或查看非常窄的脉冲。

秘诀5 - 使用高级触发了解更多细节

在秘诀 1 中，我们讨论了基本触发，其实还有更多的触发模式可供选择。

上升 / 下降时间触发

上升 / 下降时间触发在大于或小于一定量的时间内查找从一个电平到另 一个电平的上升或下降边跳变。它会针对状态改变得太快或太慢的信号 触发。此触发器有助于查看是否存在阻抗失配，系统上是否存在某些额 外负载导致边沿过慢。

建立和保持时间触发

建立和保持时间触发可用于各种数据和时钟信号。一个示波器通道探测 时钟信号，另一个通道则探测数据信号。建立时间是时钟边沿之前数据 信号电平必须存在的时间。保持时间是时钟边沿之后数据信号电平必须 保持的时间。

这个触发模式很重要，因为数字设计要求在时钟边沿发生之前，建立起 一段时间的数据线状态（0 或 1）。将触发条件设置为指定的建立和保持 要求，以检查设计中的违规之处。

协议触发

当今许多示波器具有内置的协议触发。如果您使用串行总线，协议触发 非常有用。对于这些不同总线中的每一根，都有一系列不同的触发（开 始条件、停止条件、缺失确认、无确认寻址等）。

航空航天 / 国防 ARINC 429，MIL-STD 1553 等。
汽车 CAN，I2C，SPI 等。
计算机 USB 等。

您可以通过触发开始条件开始调试，这将为您提供稳定的数据包通过视 图，并让您了解系统的运行状况。如果您遇到系统错误或想要证明一切 正常，您甚至可以只针对错误触发。这样可以让您只关注导致问题的领域， 而不用将时间浪费在数百个没用错误的数据包上。如果示波器带有分段 存储器，您可以将其打开，在很长时间段内只捕获错误。

秘诀6 - 对串行总线使用符号解码

协议解码

根据您所测试的器件类型，您可能需要测试某些串行总线（例如汽车上 的 CAN 和 LIN 总线以及嵌入式设计中采用的 I²C 和 RS-232 总线）。示 波器可以通过进行物理层测量来表征这些信号的模拟质量。

如秘诀 5 中所述，协议触发有助于捕获总线上的特定实例或事件，这非 常有用。然而，当今使用的许多串行总线采用十六进制格式编码，可能 难以理解。符合解码可将这些事件转换成更易理解的格式。

基于硬件的解码

基于硬件的解码提供了解码的实时更新。这提高了示波器捕获和显示偶 发性串行总线通信错误（如位填充错误、格式错误、确认错误，CRC 错 误和错误帧）的概率。