【乐拓USB示波器免费试用连载】2、便携USB示波器的基本使用

eefocus · 电子工程世界·2020-09-16 00:00

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项目名称:A_基于乐拓示波器调试can通信产品过程

本贴基于上次开箱,引入一个调整示波器探头的调谐电容,从而会影响示波器信号波形的采集,我们来分析下基本原理:


上图a为直连模式,此时相当于直接用两根导线将待测信号和示波器探头连接起来。
上图b为我们最常用到的示波器探头,即无源探头,探头内部是有衰减电阻和输入等效电容,常见带宽都是500MHz以下,而 OSC482M型号示波器配备的是P2060示波器探头,详细规格参数如下:

第三列:60MHz档位(10x),表面该探头有效带宽为60MHz,超出该范围使用会导致测量偏差较多。另外上升时间为5.8ns,输入电容:1x档 在70-120pf,10x档在14-18pf,可补偿电容范围为:15-45pf。输入电阻为1MHE 10M欧姆。


另外还有有源探头,有源区别是需要供电,内部有运放电路。还有差分探头,电流探头等。


下面再来看看该型号示波器的硬件参数:


垂直分辨率:8-13位
即该示波器内ADC器件位数8位,示波器分辨率一般是硬件器件决定了的,要么8位、10位,12位或者14位,这里厂家写了个范围值,有可能采用的是14bit的ADC器件,实际使用可以去掉低位的数据,变换为更低位数。


如示波器的测量范围是±5 V ,峰峰值10V,表示示波器能够分辨的最小电压为10V/256=39.06mV。所以选择尽可能小的测量范围,以便于获得更准确的测量结果。测量范围±1V,8位分辨率分辨的最小电压7.813mV。但注意需要考虑信号峰值。


最高采样率:50M
采样率的单位是MS/s(Megasamples per second)或GS/s(Gigasamples per second)。  如过两通道同时使用,最高采样率减半。


奈奎斯特定律 ,熟不熟悉? 简单的认为采样率仅为待测信号带宽的2倍即可 。
但实际是不行的,失真严重, 一般需要提高3-5倍的采样率,才能尽可能减小失真。
如下图:我们采样一个8MHz的晶体震荡波形试试:


可以看到,右上角已标明当前采样率50M,已达到该示波器标称极限,8Bit每位。
可以看到该示波器还是能较好的还原正玄波,底下的自动测量测出频率也很准确。也不需要手动去调整光标再测算。


带宽(-3dB) :20MHz
带宽就是输入一个正弦波,保持幅度不变,增加信号频率,当示波器上显示的信号是实际信号幅度的70.7%(即3dB衰减)的时候,该对应的频率就等于示波器带宽。 但我们常测的却是方波或数字信号居多,最常用的原则是选择高信号频率5倍的示波器。


所以我们这里的示波器大概可准确测得 4MHz的信号。信号频率越高失真越严重。

输入灵敏度:10mV/格-2v/格,即示波器每格的最小单位。
输入范围(1x):+-100mV - +-5V等7个固定量程。
时基:50ns - 25s/格,即横轴时间最小单位。
存储深度:512B - 62MB,存储深度=采样率*采样时间,即能够储存多少样本。

接下来还是实际到上位机界面测试下吧:
双通道测试1KHz方波:


这里调整下探头上的调整电容,发现波形出现变化(途中A信号补偿不足,B信号过度补偿),注意要使用塑料的螺丝刀,金属会影响本身容值就很小的电容,导致调整不准。


接着将PWM信号频率调整到10KHz,发现探头的补偿效果减弱了,这就是刚才说到采样率的问题,

我们将信号放大看看:


以经可以见到三角波,其实这正是ADC采样值的波动,上下一个bit即会看到,有几mv的变化,但是这不影响我们对常规基本信号的观察和测量。因为常规我们测量的都是低速信号,且对信号上升沿速度不关注,一般需要注意波形的变化趋势和逻辑功能。


接下来讲一下AC和DC耦合的区别,其实最重要的是DC直连,AC隔了电容,即我们测量AC的是交流信号,直流信号都被过滤了。所以AC最常应用是测量电源纹波。


但是该示波器探头内并未配备交流的弹簧,这里不做测量信号分析,因为地线夹会引入更多的噪声信号,导致测量不准确,不具备测试意义。


这是为什么呢?这里就涉及高频信号领域,我们学过高频电子知识就可知道,频率越高的信号就越容易产生EMC,而且信号回流路径越长,也会导致噪声增大。这就是为什么高频电路要求多点接地的原因。而电源纹波所包含高频成分居多,所以我们这里就不做测试分析。

常见信号捕捉:我们实际使用示波器好像最常用的就是接上去看波形,哎,信号有没有拉高,有没有拉低,多少V?怎么变化的?


但是如果用好一个出发功能,则能让波形的抓取事半功倍,这里就着重针对该示波器看看怎么触发抓取波形。


如上图,设置好上升沿触发,选择A通道,点击单次触发,拖动T那里设置触发电平阈值,只要有信号满足从低到高超出阈值则会触发抓取。这样不用一直看着波形。

这里再上一个FFT的图:

FFT是离散傅立叶变换的快速算法,可以将一个信号变换到频域。有些信号在时域上是很难看出什么特征的,但是如果变换到频域之后,就很容易看出特征了。这就是很多信号分析采用fft变换的原因。另外,FFT可以将一个信号的频谱提取出来,这在频谱分析方面也是经常用的。


所以上图下方可以看到该信号再频域上的表现,横轴是频率,纵轴是幅值,第一个圈标明该信号在8MHz的地方能量最强,而且这里可以看出能量峰值所在频点的偏移有多少,即频偏,怎么样?是不是感觉很强大。右下方那个圈,表明有2倍频的能量出来,不过很微弱。但是也能测出来。

总结:
1、示波器界面基本功能丰富,测量带宽和采样率满足常见信号测量需求。
2、包含一个可调信号源输出,实验测试方便。
3、AC/DC功能也可满足常规测试,尤其FFT功能,能够对所测信号做进一步分析。

下期将深入进行示波器的实战演练:基于can通信的测量和协议分析。

关键字: 乐拓USB示波器 测量原理 AC DC耦合 信号捕捉) 编辑:什么鱼 引用地址: //news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic510396.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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