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【硬件基础】如何优雅使用示波器

创作时间:
2025-03-13 03:48:14
作者:
@小白创作中心

【硬件基础】如何优雅使用示波器

引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/qq_41657005/article/details/140572299

示波器是硬件工程师必备的工具之一,掌握其使用方法对于电子工程领域的从业者至关重要。本文将详细介绍示波器的基本界面、自动设置后的测量技巧,以及针对不同类型信号(如晶振输出、CAN信号、IIC信号、电源纹波等)的测量方法。

如何优雅使用示波器

示波器是硬件工程师升级打怪的必备技能!

一、示波器界面及基本点

下图是泰克示波器的使用界面:

  • 纵轴代表电压值,一个大格500mV;
  • 横轴代表时间,一个大格200us;
  • 该方波的周期约为4个大格,周期为200us*4=800us,频率为1/800us=1250Hz;
  • 当前采样率为5M次/秒,一格是200us,一格的采集点数为1000点;屏幕10个大格,一共采集了1W个点,所以采样率下为10K(存储深度)
  • 设置了上升沿采样;

通道零电平位置
标签位置为通道零电平,方波最高点在通道零电平上五大格,即为2500mV;

触发电平
屏幕右侧三角指示的位置,触发电平是示波器触发时的信号,一般都为自动触发模式,可以通过旋钮调节触发电平;
如果触发电平没有穿过信号,波形会一直刷新;触发电平穿过信号时,波形才会稳定显示;
可以有不止一个触发电平;

触发点
示波器满足触发条件的位置,触发点前是预采样,之后是延迟采样;
触发电平是1.02V,即通道零电平上方1.02V位置

触发模式
周期性信号一般选择自动触发,需要注意的是:自动触发模式在一段时间内没有满足触发条件的波形出现,会强制触发并随机采样波形,容易获得不稳定的波形;
低重复性信号普通触发
瞬时信号单次触发(SINGLE按键);

触发类型
各厂家的触发类型不尽相同,主要分为:边沿触发、脉宽触发、斜率触发、欠幅触发、超幅触发、码型触发、第N边沿触发、延时触发、超时触发、建立/保持触发、UART、IIC、SPI、CAN、USB…
使用协议触发模式时需要设置为普通触发模式,波形才会稳定;

二、AUTOSET后测量技巧

1、有异常欠幅脉冲

  • 先测量异常信号电平:设置为无限余辉(PERSIST),可以测量异常信号幅值;
  • 选择触发类型:矮脉冲设置为欠幅触发模式,欠幅脉冲有两个触发电平,分别调节两个触发电平分别穿过矮脉冲、只穿过正常脉冲信号,随后异常信号可以稳定显示;

2、测量晶振输出

  • 测量晶振时候需要使用X10档而不是X1档,否则波形不正确:晶振对电容负载敏感:X1探头电容大,相当于大负载并联在晶振两端,会让晶振停振;X10探头电容较小;
  • 晶振上升时间短、上升边沿抖:晶振信号可以看作是一种高频信号,需要全带宽测量;X10档位即为全带宽测试;
  • 需要使用接地弹簧而不是鳄鱼夹:地线长、分布式电感就大,会与探头电容形成谐振,会产生明显过冲减幅振荡。测量高频信号时,探头接地线越短越好,因此要选用接地弹簧;
  • 测量高频信号需要设置为全带宽测量;测量低频信号时需要设置带宽限制,将高频信号滤除,使低频信号更清晰;

3、示波器带宽限制造成幅值不准

  • 示波器带宽是示波器测量正弦波幅度不低于正弦波真实幅度3dB时的最高频率(-3dB截止频率点);
  • 当被测信号频率=示波器带宽时,误差30%;为了保证精度,需要满足5倍准则——
    示波器带宽=被测信号最高频率*5
    例如:使用100M示波器测量100MHz的1V正弦波信号,测出来的信号幅值约为0.707V;

  • 如果示波器带宽不够,高次谐波不会放大,会造成失真、幅度减小、数据丢失等后果;
    还会出现振铃:过冲、振铃、非单调性
  • 可以观测到的最小上升时间=0.35/FBW(即0.35/示波器带宽)

4、CAN测试并解码

CAN协议有一点需要注意:隐性电平是逻辑1,显性电平是逻辑0,信号从0开始传送,连续7位1代表结束

第一步:使用差分探头,推荐使用X50档位;分别连接到CAN-HIGH、CAN-LOW上;
第二步:设置探头衰减比为X50;
第三步:设置普通触发模式,选择CAN总线类型、差分信号类型并选择CAN协议标准;
第四步:调整时基,找到合适显示位置;
第五步:触发电平穿过信号;
第六步:设置位速率(每一个bit速率);

5、IIC

6、测量电源纹波

电源纹波是与输入频率、开关频率频率一样的、叠加在直流信号上的干扰信号,噪声是输出端除纹波外的另一种高频成分;芯片的电压较小,功率和电流较大,电源纹波过大可能会造成后级芯片不能正常使用;

减小示波器噪声影响,应该选用示波器AC耦合功能+隔直板,即滤除直流部分只保留交流部分;因为DC耦合是DC和AC均有,对电压衰落展示比较明显;DC耦合需要设置offset电压,一般是被测的标准电压,即测0.8V设置0.8V;

打开带宽限制,减少高频噪声;一般选择20M,如果纹噪一起测可以设置500M或不设置;水平采样率需要5倍以上!

电源纹波幅值很小,不应该放大无用的噪声,需要使用探头X1档位的衰减比,并设置示波器的探头比率X1;(一般不用X10探头,影响信噪比)

如果板上有开关电源,不应该使用长地线或者接地夹,否则会引入电磁干扰;为保证更小的噪声,也可以把同轴线焊板上;

需要覆盖空载、满载两种场景;

测试之前需要记录探头的本体噪声;

测量点需要靠近后级芯片,原理电感;

打开峰峰值和均方根测量;

总结

以上就是要讲的内容。

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