示波器是较为经典较为通常的做时域波形测试的仪器,有时候也可以用来测量电流或光信号等,但是需要通过相应的探头或者转换器转换成电压信号来进行测量。 示波器从字面意思可以理解为显示波形的仪器,那么波形到底是什么呢?其主要分为两种:时域和频域波的波形。对于示波器来说,其显示的波形是随电压随时间的变化波形。在产品的屏幕上,横轴表示的是时间,纵轴则是被测信号电压,示波器上的波形反映的就是被测信号电压随时间变化的轨迹。
示波器上显示的时域波形
示波器可以显示被测点电压信号的变化,而分析了解被测件各个节点电压的变化情况是电子行业最基本的需求,因此示波器广泛应用于电子,通信,计算机,医疗,汽车,航天等各个行业中。也正因为这个原因,示波器是较为通常,也是全球销售额较大的测量仪器,每年示波器的销售额都超过10亿美金。 示波器按其次实现原理主要分为模拟示波器和数字示波器,按其采样方式分类实时示波器和采样示波器,有些示波器厂商出于市场宣传货突出某种特点的目的给示波器起了了不起的名称,或增加了一些额外的测量模块,但在大的基本结构上都没有脱离以上的基本分类。 1、模拟示波器 出现于20世纪40年代,是比较早出现的一款示波器,这款示波器采用是阴极射线管的显示屏,而且宽带也只有几MHz,下图为结构框图:
模拟示波器的触发一般都比较简单,通常就是边沿触发。在设置好相应的边沿触发条件后,一旦被测信号的有效边沿来,示波器内部就开始产生锯齿波控制水平方向的扫描,这样在示波器屏幕上每次看到的波形都是被测信号触发点以后的波形。如果被测的信号是周期性的,例如是时钟信号,在示波器上就可以看到稳定的信号波形。 2、数字示波器 这款示波器出现要稍晚一些,20世纪80年代,在宽带,触发以及分析能力方面全面超越了模拟示波器。 数字示波器与模拟示波器最大的区别就是输入信号,数字示波器是通过高速芯片对输入信号进行采样和数字化,并把数字化样点保存到缓存中,然后通过信号处理电路把缓存里的数据读出出来,通过DAC芯片把相应的数字转换成模拟量,并显示在CRT显示屏上。
早起数字示波器结构图
触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。数字示波器的触发功能非常地丰富,通过触发设置使用户可以看到触发前的信号也可以看到触发后的信号。对于高速信号的分析,其实很少去谈触发,因为通常是捕获很长时间的波形然后做眼图和抖动分析。触发可能对于低速信号的测量应用得频繁些,因为低速信号通常会遇到很怪异的信号需要通过触发来隔离。
示波器上的触发电平:
直观讲,触发电平是使示波器进行扫描的信号,一般示波器打开都处于自动触发,像测连续的重复信号时,比较方便。但测一些特定位置的数据,就需要精确触发了。触发电平格式又分为上升沿、下降沿、还有一些其它信号,比如I2C串口数据,进行精确触发,这是利用数据特征触发的。还有就是使用外触发,可以选择一个其它通道当外触发通道。比如你调试MCU,可编程使某IO在特定动作之前输出个电平,动作之后恢复,把这个脉冲输入某通道当触发信号(设置触发为NORM方式),此时采集的那个通道只有在这个触发位置前后有数据稳定显示,不会跑掉,且触发的脉冲对应的采集通道信号部分就是需要观察的精确范围,便于分析。
触发电平选择方法:
触发电平调节又叫同步调节,它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时,扫描即被触发。顺时针旋转旋钮,触发电平上升;逆时针旋转旋钮,触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时,触发电平自动保持在触发信号的幅度之内,不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂,用电平旋钮不能稳定触发时,用释抑(HoldOff)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间),能使扫描与波形稳定同步。
极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时,在信号增加的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时,在信号减少的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。