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標題: 樂拓USB示波器免費試用連載2 便攜USB示波器的基本使用（測量原理，AC/DC耦合，... [打印本頁]

作者: MXWL 時間: 2020-8-19 13:36
標題: 樂拓USB示波器免費試用連載2 便攜USB示波器的基本使用（測量原理，AC/DC耦合，...
項目名稱：A_基于樂拓示波器調試can通信產品過程

本貼基于上次開箱，引入一個調整示波器探頭的調諧電容，從而會影響示波器信號波形的采集，我們來分析下基本原理：

上圖a為直連模式，此時相當于直接用兩根導線將待測信號和示波器探頭連接起來。
上圖b為我們最常用到的示波器探頭，即無源探頭，探頭內部是有衰減電阻和輸入等效電容，常見帶寬都是500MHz以下，而 OSC482M型號示波器配備的是P2060示波器探頭，詳細規格參數如下：

第三列：60MHz檔位（10x），表面該探頭有效帶寬為60MHz，超出該范圍使用會導致測量偏差較多。另外上升時間為5.8ns，輸入電容：1x檔在70-120pf，10x檔在14-18pf，可補償電容范圍為：15-45pf。輸入電阻為1MHE 10M歐姆。
另外還有有源探頭，有源區別是需要供電，內部有運放電路。還有差分探頭，電流探頭等。
下面再來看看該型號示波器的硬件參數：

垂直分辨率：8-13位
即該示波器內ADC器件位數8位，示波器分辨率一般是硬件器件決定了的，要么8位、10位，12位或者14位，這里廠家寫了個范圍值，有可能采用的是14bit的ADC器件，實際使用可以去掉低位的數據，變換為更低位數。
如示波器的測量范圍是±5 V ，峰峰值10V，表示示波器能夠分辨的最小電壓為10V/256=39.06mV。所以選擇盡可能小的測量范圍，以便于獲得更準確的測量結果。測量范圍±1V，8位分辨率分辨的最小電壓7.813mV。但注意需要考慮信號峰值。
最高采樣率：50M
采樣率的單位是MS/s(Megasamples per second)或GS/s(Gigasamples per second)。如過兩通道同時使用，最高采樣率減半。
奈奎斯特定律，熟不熟悉？簡單的認為采樣率僅為待測信號帶寬的2倍即可。
但實際是不行的，失真嚴重，一般需要提高3-5倍的采樣率，才能盡可能減小失真。
如下圖：我們采樣一個8MHz的晶體震蕩波形試試：

可以看到，右上角已標明當前采樣率50M，已達到該示波器標稱極限，8Bit每位。
可以看到該示波器還是能較好的還原正玄波，底下的自動測量測出頻率也很準確。也不需要手動去調整光標再測算。
帶寬（-3dB） :20MHz
帶寬就是輸入一個正弦波，保持幅度不變，增加信號頻率，當示波器上顯示的信號是實際信號幅度的70.7%(即3dB衰減)的時候，該對應的頻率就等于示波器帶寬。但我們常測的卻是方波或數字信號居多，最常用的原則是選擇高信號頻率5倍的示波器。
所以我們這里的示波器大概可準確測得 4MHz的信號。信號頻率越高失真越嚴重。

輸入靈敏度：10mV/格-2v/格，即示波器每格的最小單位。
輸入范圍（1x）:+-100mV - +-5V等7個固定量程。
時基：50ns - 25s/格，即橫軸時間最小單位。
存儲深度：512B - 62MB，存儲深度=采樣率*采樣時間，即能夠儲存多少樣本。

接下來還是實際到上位機界面測試下吧：
雙通道測試1KHz方波：

這里調整下探頭上的調整電容，發現波形出現變化（途中A信號補償不足，B信號過度補償），注意要使用塑料的螺絲刀，金屬會影響本身容值就很小的電容，導致調整不準。

接著將PWM信號頻率調整到10KHz，發現探頭的補償效果減弱了，這就是剛才說到采樣率的問題，

我們將信號放大看看：

以經可以見到三角波，其實這正是ADC采樣值的波動，上下一個bit即會看到，有幾mv的變化，但是這不影響我們對常規基本信號的觀察和測量。因為常規我們測量的都是低速信號，且對信號上升沿速度不關注，一般需要注意波形的變化趨勢和邏輯功能。
接下來講一下AC和DC耦合的區別，其實最重要的是DC直連，AC隔了電容，即我們測量AC的是交流信號，直流信號都被過濾了。所以AC最常應用是測量電源紋波。
但是該示波器探頭內并未配備交流的彈簧，這里不做測量信號分析，因為地線夾會引入更多的噪聲信號，導致測量不準確，不具備測試意義。

這是為什么呢？這里就涉及高頻信號領域，我們學過高頻電子知識就可知道，頻率越高的信號就越容易產生EMC，而且信號回流路徑越長，也會導致噪聲增大。這就是為什么高頻電路要求多點接地的原因。而電源紋波所包含高頻成分居多，所以我們這里就不做測試分析。

常見信號捕捉：我們實際使用示波器好像最常用的就是接上去看波形，哎，信號有沒有拉高，有沒有拉低，多少V？怎么變化的？
但是如果用好一個出發功能，則能讓波形的抓取事半功倍，這里就著重針對該示波器看看怎么觸發抓取波形。

如上圖，設置好上升沿觸發，選擇A通道，點擊單次觸發，拖動T那里設置觸發電平閾值，只要有信號滿足從低到高超出閾值則會觸發抓取。這樣不用一直看著波形。

這里再上一個FFT的圖：

FFT是離散傅立葉變換的快速算法，可以將一個信號變換到頻域。有些信號在時域上是很難看出什么特征的，但是如果變換到頻域之后，就很容易看出特征了。這就是很多信號分析采用fft變換的原因。另外，FFT可以將一個信號的頻譜提取出來，這在頻譜分析方面也是經常用的。
所以上圖下方可以看到該信號再頻域上的表現，橫軸是頻率，縱軸是幅值，第一個圈標明該信號在8MHz的地方能量最強，而且這里可以看出能量峰值所在頻點的偏移有多少，即頻偏，怎么樣？是不是感覺很強大。右下方那個圈，表明有2倍頻的能量出來，不過很微弱。但是也能測出來。

總結：
1、示波器界面基本功能豐富，測量帶寬和采樣率滿足常見信號測量需求。
2、包含一個可調信號源輸出，實驗測試方便。
3、AC/DC功能也可滿足常規測試，尤其FFT功能，能夠對所測信號做進一步分析。

下期將深入進行示波器的實戰演練：基于can通信的測量和協議分析。

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