账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
选择对的示波器 让测试事半功倍吧
选择对的示波器 让测试事半功倍吧

【作者: 王岫晨】2017年05月22日 星期一

浏览人次:【8651】
  


示波器种类繁多,规格各异,价格也不尽相同。对工程师来说,选择一台合适的示波器并不容易。正确考虑各种因素,才能让测试事半功倍。


一般来说,选择示波器时,顾及到的问题包括:


●一次需要测量多少信号?


●一次需要测量多少信号?


●待测信号的最大和最小振幅是多少?


●待测信号是重复发生的还是单次发生?


●待测信号是重复发生的还是单次发生?


●是否需要在频域(频谱分析)和时域内分析信号?


●是否需要在频域(频谱分析)和时域内分析信号?


此外,示波器也可利用电脑最新的处理功能与高解析度显示,来达到高速示波器(Oscilloscope)的其他功能。然而,示波器与高速示波器有许多相似之处,因此在选择时亦需要考虑多项要点。

频宽



图一
图一

频宽(Bandwidth)说明了示波器的类比前端在最小振幅丧失前提下,将外界讯号传导至ADC(从探针尖端或测试治具传导到ADC输入)的能力。示波器频宽定义为「正弦输入讯号振幅衰减至70.7%原始振幅时的频率」,亦大家所熟知的-3dB点。在一般情况下,推荐使用频率能超过讯号最高频率的2倍以上的示波器。


示波器常用于量测讯号的上升时间,如数位脉冲或其他具尖锐边缘的讯号。此种讯号均由高频讯号组成。为了撷取讯号的确实形状,则需选用高频宽示波器。举例来说,10MHz方波是由10MHz正弦波与无数谐波所组成。若要取得该讯号的实际形状,则所选择示波器的频宽必须能够撷取数个谐波。否则将造成讯号失真与错误量测。

示波器常用于量测讯号的上升时间,如数位脉冲或其他具尖锐边缘的讯号。此种讯号均由高频讯号组成。为了撷取讯号的确实形状,则需选用高频宽示波器。举例来说,10MHz方波是由10MHz正弦波与无数谐波所组成。若要取得该讯号的实际形状,则所选择示波器的频宽必须能够撷取数个谐波。否则将造成讯号失真与错误量测。...


示波器的即时取样率=示波器频宽的3至4倍


Nyquist定理则表明,为了避免失真,示波器取样率至少为受测讯号最高频率要素的2倍。然而,仅达最高频率的2倍取样率,仍不足以精确重新产生时域讯号。为了精确数位化输入的讯号,应挑选即时取样率至少为频宽的3至4倍的示波器。对时域应用 (如上升时间、过冲,或其他脉冲测量) 而言,能否清楚呈现讯号极为重要,所以推荐取样率高、于此类应用中能提供更佳优势的示波器。


取样模式

取样模式主要可分为2种:即时取样与等效时间取样(ETS)。


取样模式主要可分为2种:即时取样与等效时间取样(ETS)。


取样模式主要可分为2种:即时取样与等效时间取样(ETS)。...

解析度与动态范围...


如上所述,示波器所具备的ADC可将类比讯号转为数位讯号。 ADC所回传的位元数就是示波器解析度。挑选高解析度示波器的原因之一,就是要测量更小讯号。...


有时我们不禁有所一问:为什么不使用低解析度仪器与较小范围的讯号,就可以「缩放」讯号而测得低电压呢?问题在于,很多讯号同时具有小型讯号与大型讯号。使用大范围虽可量测大型讯号,但小型讯号将藏在大型讯号的杂讯中。换句话说,使用小范围就必须压缩大型讯号,而造成量测失真与错误。...


因此,针对动态讯号的应用 (同时具备大、小型电压的讯号),就需要较大动态范围的高解析度仪器,以测出大型讯号中的小型讯号。


传统示波器通常使用8位元解析度的ADC,但较难以满足频谱分析或动态讯号的应用(如调变波形),此类应用则推荐选用高解析度示波器。

触发...


一般来说,示波器均用以撷取特定事件的讯号。仪器的触发功能则可独立出特定事件,以撷取事件发生前后的讯号。高阶示波器可于2次触发之间迅速重启(Re-arm),可进入多重记录的撷取模式。示波器将根据既定触发而撷取特定数量的点,并迅速重启以等待下次触发。快速重启功能可确保示波器不致错过事件或触发。若仅需撷取并储存特定资料,则多重记录模式可达极高效能;除了可最佳化内建记忆体使用状态之外,并可限制电脑汇流排的活动。

内建记忆体


一般状态下,资料均由示波器传输至电脑,以利量测与分析作业。尽管这些仪器能达最大取样率(可达数个GS/s),但到达电脑的传输率均将受到汇流排(如PCI、LAN,与GPIB)的频宽限制。目前这些汇流排均难以达到数个GS/s的速率,但PCI Express与PXI Express却可轻松达成。


若汇流排介面无法达到等同于取样率的连续资料传输,仪器内建的记忆体将以最高速率撷取资料,等待电脑进行后续处理。


大容量记忆体不仅可延长撷取时间,亦具备频域的相关优势。最常见的频域量测为高速傅利叶转换(FFT),可显示讯号的频率内容。若FFT可达更高频率解析度,亦可轻松侦测离散频率。


透过上述方程式,共有2种方式可提升频率解析度:降低取样率或增加 FFT 中的取样点。由于降低取样率将同时降低频率带宽,因此并不属于理想的解决方案。因此,最好是能撷取更多资料点进行 FFT,而这时应挑选有更大容量记忆体的示波器。

通道密度


购买示波器的考量要素之一即为仪器通道数,或是否可同步多组仪器以提升通道数。多款示波器除了具备2或4个通道之外,亦可透过特定取样率进行同步取样。当使用示波器的所有通道时,必须注意取样率所受影响的程度。目前常见的所谓分时取样 (Time-interleaved sampling),即是交叉多个通道而达到较高取样率。若示波器使用此技术并搭配所有通道时,就较难以达到最高撷取速率。所需通道数完全根据特定应用而有所不同。传统2或4通道产品已经难以满足目前的应用需求,而此时有2种解决方法。首先是选择高通道密度的产品。若找不到可满足解析度、速率,与频宽等需求的仪器,则选用的平台应可精密同步,并可共用触发与时脉,以随时调整测试系统。由于GPIB或LAN具备高潜时、传输量受限,并需要额外接线,因此实际上难以同步化多组箱型示波器;此时PXI汇流排则可为较佳的解决方案。


PXI已成为工业级标准,并针对现有的高速汇流排(如PCI与PCI Express)新增世界级水准的同步技术。

当选择模组化示波器或独立示波器时,软体与分析功能亦为考量要点。独立示波器是由制造商所定义,而一般示波器可由使用者于应用中弹性定义之。箱型示波器具备多项标准功能,可满足工程师的常见需求。而这些标准功能不一定适用于所有应用,针对自动化测试应用尤为如此。若使用者必须定义示波器所将进行的量测作业,则推荐使用模组化的示波器,可透过电脑架构进而客制化,以满足特殊需求,不致受限于独立示波器的固定功能。


当选择模组化示波器或独立示波器时,软体与分析功能亦为考量要点。独立示波器是由制造商所定义,而一般示波器可由使用者于应用中弹性定义之。箱型示波器具备多项标准功能,可满足工程师的常见需求。而这些标准功能不一定适用于所有应用,针对自动化测试应用尤为如此。若使用者必须定义示波器所将进行的量测作业,则推荐使用模组化的示波器,可透过电脑架构进而客制化,以满足特殊需求,不致受限于独立示波器的固定功能。

结语


测试条件百百种,最昂贵或者最多功能的示波器,往往并不见得是最适合。在购置一台示波器之前,重要的是先了解自己的需求,仔细想想所需要的频宽、取样率、以及记忆体大小等。特别是除了箱型式的示波器之外,更有厂商以PXI平台来提供客户更高的示波器使用弹性。


本文针对了示波器的使用,列出了许多关键的考量点,让企业可以先行检视自身的需求,不至于浪费了不必要的金钱,购置了不够用,或者功能过剩的示波器。


本文针对了示波器的使用,列出了许多关键的考量点,让企业可以先行检视自身的需求,不至于浪费了不必要的金钱,购置了不够用,或者功能过剩的示波器。

解决方案--罗德史瓦兹RTO示波器



作者 徐文达为 Microchip 工程师
作者 徐文达为 Microchip 工程师罗德史瓦兹RTO示波器

圖片來源:rohde-schwarz.com (图片来源:rohde-schwarz.com)


罗德史瓦兹RTO示波器提供达128位元的序列资料触发,因此能提供精确的个别位元序列触发;透过升级时脉资料回复硬体选配,则成为嵌入式时脉讯号测试的理想选择。


解决方案--太克科技DPO70000SX 70GHz ATI高效能示波器

解决方案--太克科技DPO70000SX 70GHz ATI高效能示波器



图五 : NI PXI架构仪器
图五 : NI PXI架构仪器圖片來源:tektronix.com (图片来源:tektronix.com)

圖片來源:tektronix.com (图片来源:tektronix.com)


在示波器市场上,必须面对两个重要的趋势,分别是高速通讯与宽频射频的发展。高速通讯需求载波在收发器设计中寻求 更多网路容量、由于时间余裕小因此需要全新的抖动分离法、以及光调变分析、和精确的低杂讯量测功能。


陈湘俊说,太克推出DPO70000SX 70GHz ATI高效能示波器,正是为了要满足这样的需求。这台示波器提供了超高频宽即时示波器中,最低的杂讯和最高的有效位元。而一系列创新技术,可以有效满足开发高速相干光系统,或进行尖端研究的工程师和科学家的目前和未来需求。

解决方案--是德科技Infiniium V系列示波器



图一
图一是德科技Infiniium V系列示波器

圖片來源:keysight.com (图片来源:keysight.com)


全球示波器拥有12亿美元的市场规模,如此大的一块饼,当然也吸引了许多厂商竞相开发更好的产品,来获取更大的商机。而在高阶示波器市场上,是德科技也持续扮演着领导者的角色。面对高速数位讯号测试需求不断提升的情况下,是德科技也推出全新的Keysight Infiniium V系列示波器,来补足高阶示波器市场的最后一块拼图。


张志铭说,Keysight Infiniium V系列问世后,工程师便可又快又准确地执行所有测试,进而更快将新产品推出上市,并且增强对设计品质的自信度。

张志铭说,Keysight Infiniium V系列问世后,工程师便可又快又准确地执行所有测试,进而更快将新产品推出上市,并且增强对设计品质的自信度。...



图二 : 罗德史瓦兹RTO示波器
图二 : 罗德史瓦兹RTO示波器NI PXI架构仪器

圖片來源:ni.com (图片来源:ni.com)


NI高速示波器具有强大的仪器整合,再加上高输出PXI汇流排有助于缩短测试时间,非常适合高频宽自动化量测作业。 NI高速示波器搭载了NI专利T-Clock同步化技术,可借此建置高达34个相位同步1GS/s通道所组成的系统,并且进一步整合其他NI硬体,打造出完整的自动化混合式讯号测试系统。


大多数的自动化测试与多重工作台应用,均需要多类型的仪器,如示波器、讯号产生器、数位波形分析器、数位波形产生器,与切换器等。


此外,T-Clock同步化技术仅需单一PXI机箱达到136个同步化通道,或以多组机箱达到最多5,000个通道;当然,该技术亦可同步化不同类型的仪器。另外亦可挑选模组化PXI示波器搭配任意波形产生器,或数位波形产生器/分析仪,以建构完整的混合式讯号应用,可达到示波器与逻辑分析器的优点,而不会仅限于数位化功能的示波器。


相关文章
毫米波系统复杂度激增 OTA测试挑战加剧
透过一致生产测试确保汽车雷达性能
迅速确认问题根本 示波器充分发挥数位血统
未来汽车紧急传呼系统
NB-IoT设计的不简单任务
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
EM500EV-G
原厂/品牌:集博
供应商:集博
產品類別:IDE
Platform Manager Devices
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Power Manager II Hercules Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
  相关新闻
» 蔡司3D X-ray量测方案 加速先进半导体封装产品上市时程
» 实践投资亚太承诺 NI结盟蔚华科技打造半导体量测新纪元
» RF特性提升ATE测试难度 PXI架构提供更具弹性选择
» [下载是德白皮书] 第二波中奖名单公布
» 爱德万测试:5G与AI为测试设备带来新一波商机
  相关产品
» R&S CMX500完成5G NR协定一致性测试验证
» 罗德史瓦兹扩展R&S SMA100B频率范围 现可支援67 GHz
» 德国莱茵TUV透过是德科技eCall相符性测试解决方案提供测试与认证服务
» 罗德史瓦兹在MWC 2019展出强大的5G NR基地台测试解决方案
» 是德科技荣获GTI行动技术创新突破奖

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw