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COB 电子工程部 S/I Team 2003

示波器基礎認識. COB 电子工程部 S/I Team 2003. 垂直 8 格. 水平 10 格. 1. 外觀 ( FEATURE ) - 軌跡 ( TRACE ) 顯示波形的方格 ( GRID ) 為 10 x 8 的尺寸，時間檔位 ( TIME/DIV ) 水平有 10 格，電壓檔位 ( VOLT/DIV ) 垂直有 8 格 。. Peak to Peak. 0.707 倍. 2 .頻寬 ( BANDWIDTH ) 增加信號頻率 ， 當信號電壓低於原始信號的 -3db ( 0.707 倍 ) 的頻率讀值。

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  1. 示波器基礎認識 COB 电子工程部S/I Team 2003

  2. 垂直 8 格 水平 10 格 • 1.外觀 ( FEATURE ) - 軌跡 ( TRACE ) • 顯示波形的方格( GRID ) 為 10 x 8 的尺寸，時間檔位 ( TIME/DIV ) 水平有 10 格，電壓檔位 ( VOLT/DIV )垂直有 8 格。

  3. Peak to Peak 0.707倍 • 2 .頻寬 ( BANDWIDTH ) • 增加信號頻率，當信號電壓低於原始信號的 -3db ( 0.707倍) 的頻率讀值。 • 電壓量測必須採用正弦波的峰對峰值( PKPK ) 。 • 信號源是指正弦波。

  4. VOLTAGE 頻率寬度 FREQUENCY 頻率讀值 • 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) • 頻寬是指示波器容許輸入信號的頻率寬度，通常也是指 -3db 的頻率讀值。 • 假設輸入電壓為 1V， 將電壓與頻率之間的關係繪成座標方式，如以下結果 : 1V -3db=0.707V

  5. TOP 90% AMPLITUDE 10% BASE 上昇時間 ( Tr ) • 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間 ( RISE-TIME ) • 在量測儀器的應用上，頻寬與上昇時間的關係，如以下的關係式 : (1GHz以上為0.40)

  6. 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間 ( RISE-TIME ) • 示波器的頻寬越低，造成上昇時間越大。 • 100MHz • Tr = 0.35 ÷ 100MHz = 0.35 x 10ns = 3.5ns • 200MHz • Tr = 0.35 ÷ 200MHz = 0.35 x 5ns = 1.75ns • 350MHz • Tr = 0.35 ÷ 350MHz = 1ns • 500MHz • Tr = 0.35 ÷ 500MHz = 0.35 x 2ns = 0.7ns • 1GHz • Tr = 0.35 ÷ 1GHz = 0.35 x 1ns = 0.35ns

  7. 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間 ( RISE-TIME ) • 上昇時間的量測值受示波器的上昇時間影響，其關係式如下表示： 信號的上昇時間 量測值

  8. 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR ) • 假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 100MHz 頻寬的示波器量測誤差如下： 示波器的上昇時間等於信號的上昇時間 誤差為 41.4%

  9. 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR ) • 假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 300MHz 頻寬的示波器量測誤差如下： 示波器的上昇時間約為 1/3 倍信號的上昇時間 誤差為 5%

  10. 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR ) • 假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 500MHz 頻寬的示波器量測誤差如下： 示波器的上昇時間約為 1/5 倍信號的上昇時間 誤差為 2%

  11. 2.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR ) • 假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 1GHz 頻寬的示波器量測誤差如下： 示波器的上昇時間約為 1/10 倍信號的上昇時間 誤差為 0.6%

  12. (Tn,Vn) (T1,V1) (T2,V2) (T3,V3) • 3.取樣率( SAMPLING RATE ) • 類比示波器的線性波形無法儲存只能觀看，並從亮度分辨信號出現的比例。 • 數位示波器可將類比信號轉換為數位資料，並可容易的作後續的資料處理。 . . . . . . . . . . . . . . . 每一個點皆包括時間與電壓數據

  13. 類比信號 週期 ( S ) = 1 / 頻率( Hz ) • 3.取樣率( SAMPLING RATE ) • 何謂週期 ? 週期信號發生一次的時間。單位是 “ 秒 / 1次 ” • 何謂頻率 ? 週期信號在一秒鐘內發生的週期次數。單位 “ 次數 / 1秒 ” 又稱為 “ Hz ” • 週期 ( PERIOD ) 與頻率 ( FREQUENCY ) 為反比關係。 • PERIOD ＝ 1 / FREQUENCY

  14. 取樣點 : P • 3.取樣率( SAMPLING RATE ) • 何謂取樣時間 ? 示波器取樣一點所須的時間。單位是 “ 秒 / 1點 ” • 何謂取樣頻率? 示波器在一秒鐘內取樣的點數。單位 “ 點數 / 1秒 ” 又稱為 “ SAMPLING / S ” • 示波器取樣時間 ( SAMPLING TIME ) 與取樣頻率 ( SAMPLING RATE ) 之間為反比關係。 • SAMPLING TIME = 1 / SAMPLING RATE 取樣時間 ( S ) = 1 / 取樣頻率 ( S / S )

  15.             • 3.取樣率( SAMPLING RATE ) • 重複取樣 ( RANDOM INTERLEAVE SAMPLING )：僅有在快速時間檔位下，示波器取樣多次使解析度增加後，再一次全部顯示在畫面上，因此重複取樣功能只適用在規則重複出現的信號源，重複取樣率可高達10~25Gs/s。 • 單擊取樣 ( SINGLE-SHOT )：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次。             

  16. 取樣點 : P • 4.取樣點 ( SAMPLING POINT ) • 數位示波器數位化類比波形後，將數位資料顯示在螢幕上，每一個點代表一筆數據資料，因此在螢幕上的點數越多，時間解析度越高。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

  17. 4.取樣點 ( SAMPLING POINT ) • 取樣率必須要維持在最快信號的 10 倍以上。 用 5 個取樣點還原一個週期明顯不足，用10 個取樣點還原一個週期比較適當。

  18. 水平 10 格表示記錄時間 • 5.最高取樣的記錄時間 ( MSRW ) - 記錄時間 ( RECORD TIME ) • 時間檔位指的是水平 1 格的時間，水平軸總共有 10 格。 • 記錄時間 = 10 × 時間檔位

  19. 5.最高取樣的記錄時間 ( MSRW ) • 如果示波器欲維持在高取樣率下使用，必須要有足夠的取樣點 ( 擷取記憶體 )，因此便可以擁有更長的記錄時間，我們稱之為最高取樣的記錄時間 ( Maximum Sample Rate Window )。 • 取樣定律 ( P = R × S ) • P：表示取樣點 • R：表示記錄時間 • S：表示取樣率 • 舉例： • 機型 LC584AL 的規格為 取樣率 8GS/sec 記憶點數 8Mpoints 則 8GS/S可使用的時間範圍是多少? 時間檔位是多少?

  20. 信號阻抗 Rs=50ohm 輸出電壓為Vs 示波器內阻 Ro=50ohm 2Vs • 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗 ( TERMINAL ) • 一般屬通訊信號或阻抗設計為 50 的電路 ( 信號產生器)，正常使用應該搭配同軸電線 ( BNC ) 不須使用測試棒。 • 以下圖例為直流電源分析： 示波器內阻等於信號內阻

  21. 信號阻抗 Rs=50ohm ~ 輸出電壓為Vs 示波器內阻 Ro=50ohm Vs 系統電容 接地電感 • 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗 ( TERMINAL ) • 一般屬通訊信號或阻抗設計為 50 的電路 ( 信號產生器)，正常使用應該搭配同軸電線 ( BNC ) 不須使用測試棒。 • 以下圖例為交流電源分析： 示波器內阻等於信號內阻

  22. 測試棒內阻 Rp=9Mohm Io 信號阻抗 Rs 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 量測端電壓為Vs Is • 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 負載效應 ( LOAD EFFECT ) • 示波器與信號源分別為不同獨立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞，依負載的大小影響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應。 • 測試棒增加量測系統阻抗，降低負載效應。 • 以下圖例為直流電源分析： 示波器內阻必須遠大於信號阻抗

  23. 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 系統電容 接地電感 • 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 負載效應 ( LOAD EFFECT ) • 示波器與信號源分別為不同獨立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞，依負載的大小影響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應。 • 量測系統的量測品質受電容及接地電感影響。 • 以下圖例為交流電源分析： 示波器內阻必須遠大於信號阻抗

  24. 示波器基礎認識 ( BASIC ) 電壓(V) +2.5V +2.5V +1.5V +1.5V +0.5V +0.5V 時間(t) • 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 交直流信號 ( DIRECT+ALTERNATING CURRENT ) • 信號源包括直流及交流信號。 • 示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz的信號，直流是指頻率小於50Hz的信號。 交流 直流 0 0 • 阻抗匹配為 DC1M：直流＋交流信號。 表示方式  AC2V+DC1.5V

  25. 電壓(V) +2.5V +1V +1.5V +0.5V -1V 時間(t) • 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 交流信號 ( ALTERNATING CURRENT ) • 信號源只有包括交流信號。 • 示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz的信號，直流是指頻率小於50Hz的信號。 交流 直流 0 0 表示方式  AC2V+DC1.5V • 阻抗匹配為 AC1M：交流信號。

  26. 測試棒電阻 電源供應器 測試棒正端 系統電容 示波器 內阻 測試棒負端 接地電感 電 源 線 AC110 / 220V 電源接地 • 7.接地問題( GROUNDING ) - 量測系統 ( 測試棒 ＋ 示波器 ) 等效電路 • 數位示波器搭配的電源線為 3-PIN 的電源插頭，第三支腳為接地線，測試棒的負端與電源接地線在示波器內部是短路，因此電源接地使整部儀器對地不會有任何電位差，以確保使用者的安全。

  27. 7.接地問題( GROUNDING ) - 量測系統等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT ) • 以下圖例為理想電路： 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 示波器內阻必須遠大於信號阻抗

  28. 7.接地問題( GROUNDING ) - 量測系統等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT ) • 量測系統的量測品質受電容影響的狀況。 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 系統電容 信號造成上昇時間延遲

  29. 7.接地問題( GROUNDING ) - 量測系統等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT ) • 量測系統的量測品質受電容及接地電感影響。 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 系統電容 接地電感 信號除造成上昇時間延遲並產生振盪

  30. The end, thanks!

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