示波器捕获信号的基本原则及基本操作步骤

下面我们按示波器捕获波形的操作步骤来强调上面的四个基本原则。 很多时候我们打开示波器看到屏幕上显示的波形和测量参数很多，譬如图三所示。这时候我建议的第一个操作步骤是，恢复出厂设置将之前的设置都清楚掉。 清除掉再开始从头设置反而效率更高。恢复出厂设置的菜单在File下的Recall Default按钮，如图四所示。在进行这一



图三 多波形多参数的显示屏幕

图四 恢复出厂默认设置

操作之后，如果示波器的第一和第二通道没有接任何探头，屏幕上看到的是两条零电平的线，图四中的C2没有接探头，显示的就是一条零线。 这个操作之后，如果没有看到这两条线，这说明示波器的通道工作不正常了，这也是判断示波器好坏的一个方法。 第二个操作步骤是接上探头，选择示波器的通道。 有时侯接上探头之后应做探头的校准和通道之间延时的校准，但在非严格的测量中有时侯忽略了这个步骤。本文的图例中，我的实验环境是一个力科的DEMO板通过BNC线接到通道1，所以需要将通道2关掉。选择通道通过按示波器面板上标识为1,2,3,4的按钮就可以了。 第三个步骤是设置示波器的垂直通道。垂直通道设置的第一步是选择耦合方式。低带宽的示波器通常有四种耦合方式，DC 50Ω，DC 1MΩ，AC 1MΩ,Ground。 本例中因为是接BNC线，需要将耦合方式设置为DC 50Ω，如图五所示。 垂直通道设置的第二步是调节垂直偏置和垂直灵敏度，尽量使波形占满屏幕，使得量化误差最小。这是捕获信号的第一个基本原则。调节垂直偏置和垂直灵敏度虽然可以通过一次菜单来设置，但也可以通过面板来快捷操作。如图六所示，上面的四个旋钮为调节垂直偏置，改变波形在屏幕中的位置,垂直按该旋钮可以使offset自动归零。 下面的四个旋钮来改变量程。 为使波形占满屏幕7.5栅格以上，有时需要微调旋钮，选中垂直通道设置菜单中的Variable Gain就可以微调。力科的第四代示波器按这个旋钮就可以直接微调了。图七显示了在不同量程下，测试同样信号的峰-峰值的结果对比。在200mV/div量程下的结果为608.81mV（平均值），在80mV/div量程下为569.67mV。在关于幅值相关的测试规范中应定义好在多大的量程下进行测试。否则，测试结果没有可比性。垂直通道设置菜单中的其它各项的含义也都一目了然，不再一一介绍了。在完成垂直设置之后，进行第四个操作步骤，调节时基。调节时基时要注意两点，第一是时刻警惕采样率。第二是至少捕获感兴趣的一个周期的低频成份，使能看到信号的全貌。时基可以通过图八所示的面板调节，在示波器的出厂默认设置下，存储深度是固定在100KS的，向左调节旋钮捕获时间越长时，采样率越低，这时候按面板上的局部放大键并使放大后的波形展开能看清楚上升沿的细节，通过观察上升沿上有没有五个以上的采样点来判断信号有没有失真。图九所示的信号捕获时间为500us，当前实时采样率为200MS/s，这两个数字相乘的结果是100KS，这时候上升沿才两个点，信号已严重欠采样，波形严重失真。对于力科WaveRunner系列以上的示波器，可以设置固定采样率,这样在知道被测信号的特点之后先固定在一个过采样的采样率，再调节采样时基，只会改变捕获的时间，信号不会失真。对于图九所示的信号，如果捕获的时间太短甚至观察不到有欠幅，所以要捕获较长的时间才发现问题所在。而对于图十的上面的图示信号，虽然捕获的时间已达到5ms，看到的波形让我们以为是隔1.5ms有一段脉冲信号，但其实在捕获20ms之后，我们才看清楚了这信号的真正特点。 这时候采样率被降到1GS/s，其实波形已经有点失真。这说明需要更长的存储深度的好处。



图五 垂直通道设置菜单