原创 示波器基础知识百问(2)

26．  对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计， 需要考虑哪些关键性的问题来降低相位
噪声？
答：在 ADC,DAC 的器件中衡量性能有很多项指标：象位数、转换速度、DC 精度、开关性
能、动态性能（SNR, SINAD,IMD）等等。

27．  对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计，怎样测量相位噪声？
答：从示波器的角度来看，可以测试 ADC,DAC 的模拟和数字信号的幅度，时间，转换后的
信号质量，转换速度，时钟和数据的建立/保持时间等参数，还可以通过 TDS示波器中的高
级运算功能（频谱分析功能）来定性测量 SNR,SINAD 等参数。

28．  由于可能需要引入外界的时钟，这样时钟存在 2选 1 的问题，此时用什么方案才能
使相位噪声的恶化最小？
答：首先要分析抖动产生的来源，示波器来分析抖动是一个很好的工具，目前可以使用
TDS5000B/6000B/7000B系列示波器配合抖动分析软件进行彻底抖动分析， 象确定抖动(Dj)，
随机抖动(Rj)，Rj 和 Dj 的分离，最后通过分析造成抖动的原因来消除抖动。

29．  在示波器上看波形时，用外触发和自触发来看有何区别？
答：示波器的通常触发是边沿触发，其触发条件有 2 个，触发电平和触发边沿；即：信号的
上升沿（或者下降沿）达到某一特定电平（触发电平）时，示波器触发。  示波器只有在信
号自触发有问题的时候才会使用外触发，没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是，
信号比较复杂，  有很多满足触发条件的点，无法每次在同一位置触发，从而得到稳定的显
示。这时需要使用外触发。举例如下：

观测上面的信号，由于 ABCD 各点都会触发，示波器显示波形将不能稳定。这时可以使用
下面的信号作为触发信号，示波器将得到能够全部周期的显示。

30． TDS3032B 的带宽是 300MHz，采样频率为 2.5G/s，采样频率为带宽的 8 倍。请问
带宽和采样频率之间有什么固定关系？我们也有一款其它厂家的示波器， 带宽 100MHz、采样频率只有 200MHz。为什么两个示波器的带宽采样频率比相差这么大？
答：带宽是示波器最重要的指标，因为在数字示波器中有 ADC，它的采样率理论上需要满
足 Nyquist 采样定律，即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采 2个点，否
则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素，比如波形的重构算法等。泰克示波
器采用先进的波形重构算法，被测信号的每个周期只需要 2.5 个点就能够重构波形。也有的
示波器采用线性插值算法，可能就需要 10 个点。一般采样率是带宽的 4－5 倍就可以比较准
确地再现波形。  
泰克的 TDS3000B 系列是“实时采样”示波器，即，它的单次带宽（捕获单次信号的能力）
＝重复带宽，您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到 100MHz，您可以看一下它的指标。  

31．  示波器指标中的带宽如何理解？
答：带宽是示波器的基本指标，和放大器带宽的定义一样，是所谓的－3dB 点，即，在示波
器的输入加正弦波，幅度衰减为实际幅度的 70.7%时的频率点称为带宽。也就是说，使用
100MHz 带宽的示波器测量 1V，100MHz 的正弦波，得到的幅度只有 0.707V。这还只是正
弦波的情形。因此，我们在选择示波器的时候，为达到一定的测量精度，应该选择信号最高
频率 5 倍的带宽。

32．  测量系统的总带宽如何获得？
答：测量系统的总带宽＝0.35/上升时间(1GHz 以下示波器)。

33．  在带宽一定的条件下，采样频率太大是否也没有太大的意义？
答：带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。使用泰克的示波器每个被测信号周期
只需 2.5 个点就能够最大限度的重构波形。其它一些示波器需要大于 4 个样点/周期，即
100MHZ带宽示波器单次采集至少需要400MS/s的采样率，有些示波器甚至需要10个点（线
性内插技术）才能保证采集信号有意义。

34．  所谓高斯响应示波器和平坦响应示波器各有何优缺点和适合的领域？
答：在示波器的规范中并没有平坦相应和高斯相应的指标。在示波器中会出现类似的比较或
探讨，可能有如下原因：
众所周知，示波器是时域的仪器，从泰克发明第一台可触发的模拟示波器以来，示波器的带
宽一直是最重要的指标，它是指示波器内部的前置放大器的模拟带宽。但是，示波器带宽的
定义却是频域的定义，即正弦波幅度衰减到-3dB 点时的频率点。一个复杂高速信号含有丰
富的频谱分量，如果需要精确测量信号，必须知道它们的每一个频谱分量的幅度和相位，所
以示波器的幅频特性和相频特性非常重要。
从最近几年的发展来看，目前数字示波器的带宽越做越高，从泰克 2000 年推出 TDS7000
4GHZ带宽示波器， 2001年推出TDS6000 6GHZ带宽示波器，  2003年推出TDS7704B 7GHZ
带宽示波器，到最近 TDS6804B 8GHZ 带宽示波器，带宽几乎每年都在提升。当示波器带宽
到达几个 GHZ 时，前置放大器作为模拟器件，保证良好的幅频和相频特性越来越难，泰克
是掌握这一最关键技术的唯一公司。有些厂商无法做到，就不得不采用其它的一些方法来修
补模拟器件带宽的不足，获得更高的带宽，频响曲线自然发生变化。  
随着目前各种高速信号越来越多，信号速率越来越快，对实时示波器提出了新的要求，示波
器厂商的数字示波器中也出现了一些新的技术，最显著的是示波器通过数字信号处理技术
（DSP）来得到更好的性能。DSP 就在数字示波器主要应用包括：  
增强带宽  更快的上升时间  
增益和波形校准与改善  
幅度和相位的改善  
光参考接收机归一化  
其中泰克的第三代示波器（DPO）就是 DSP 技术的最好体现。合理的利用 DSP 可以提升示
波器测试的信号保真度。  
但是，DSP 技术的使用会是每一个示波器的使用者产生迷惑，特别是在“带宽是否可以通
过 DSP 可以提升”，“  示波器的带宽是模拟带宽，和 DSP 技术有何关系”，“当前的示波器
带宽到底是模拟带宽还是 DSP 带宽？”  “DSP 技术带来的负面效应是什么？”  
在泰克最新的 TDS6804B 8GHZ 带宽的示波器中的模拟带宽是 7GHZ，通过 DSP 增强后的带
宽是 8GHZ，为了保证每一个测试人员对这两种方式的理解，在 TDS6804B 中可以打开和关
闭 DSP 的带宽增强功能。泰克将 DSP 增强带宽带来的优点和问题告诉每一个测试人员，帮
助测试人员理解模拟带宽和 DSP 增强带宽的测试结果，更好的进行高速信号测试。

35．  除高斯响应示波器和平坦响应示波器之外，还有基于其它响应的示波器吗？
答：示波器前置放大器的频响特性是决定测试结果的最关键因素，它由模拟器件决定。关键
在于用何种方法来获得足够的频响。

36．  以前在用TDS744,TDS745等示波器时，使用的是无源探头(如P6139A,带宽500M)。
在购买了有源探头(P6237)之后,  从测试波形来看(特别是测高频信号时),两者的测试结
果差异较大.  从探头参数得知,  有源探头的输入电容<1pF,而无源探头则为 10pF 左右.
这样看来应该是有源探头的测试结果更能反映信号真实的情况.  既然无源探头对高频信
号衰减很大, 那么500M的带宽有什么意义呢?   如何根据测试情况来选择使用有源或无
源探头？
答：您的 P6139A探头加上泰克的 500MHz 示波器典型带宽值还是可以达到 500MHz，但是
正如您所说，其输入电容不同，这一电容将产生对于待测信号的负载效应，造成信号振铃，
形状发生改变，因此这个时候使用有源探头时能反映信号的真实情况。实际上，使用探头不
光要考虑带宽，所有这些因素我们在测量高频信号的时候都要考虑：  
带宽/上升时间  
动态范围  
负载效应  
接地效应  
共振效应  
尤其 P6139A时您还要考虑地线的影响，探头上的接地线也会带来振铃，测量高频信号的时
候应该尽量缩短地线的长度。  
另外，您使用的 P6247 是有源差分探头，共模的影响也可能是一个因素。  
选择无源探头主要是因为其动态范围大，比如 P6139A可以测量从毫伏到几百伏的信号，而
P6247 只能测量＋－8.5V的信号。另外有源探头价格也是一个因素。

37．  实验时，示波器接地线后，导致 MOsfet 炸掉，现在将示波器都剪掉了地线。这是
什么原因？
答：为保证测试中的人身安全以及获得良好的测量效果，一般示波器的所有探头的地线都与
机壳连接在一起，并连接到示波器电源线的地线。因此，您在电源中测量 MOSFET 管波形
的时候，如果其中任何一个点都不是地，就会产生问题，如下图所示。  
剪断地线可以防止对 MOSFET 管测试中的短路问题，但是也会带来一些其它的测试问题，
比如示波器机壳带电，示波器机壳分布参数对测量信号造成影响等。解决的办法是使用差分
探头，比如泰克的 P5205，可以测量所谓的 2 个测试点都不是地的差分信号。

38．  用示波器抓取数据时， 发现存储的文本里只有当前屏幕的数据， 且是按照 resolution
为时间间隔的。如何利用软件实时处理数据（matlab?） ，如何抓到更多数据？  
答：泰克示波器采用压缩屏幕的显示风格，即屏幕显示的波形为采集下来的所有数据，配合
TDS5000B 的 multiViewZoom功能，可以方便显示所有波形。  
泰克TDS5000B， TDS6000， TDS7000B， TDS8000B系列示波器都采用完全开放的WINDOWS
平台，支持当前所有的流行工具，象 Matlab，LabView，VB，VC，.NET，MicroSoft Office
VBA等等，可以灵活进行数据分析和处理。  
这些分析工具还可以直接安装在示波器里面，构成一台集数据采集，分析，显示，处理的仪
器。  单次采集更多的数据，需要示波器配备更深的存储深度，象 TDS5000B 系列通用示波
器可以支持到 16M 内存。

39．  影响示波器工作速度的因素有哪些？
答：实际上任何一台示波器的原理都差不多，前端是数据采集系统，后端是计算机处理。影
响速度主要有两方面，一是从前端数采到后端处理的数据传输，一般都是用 PCI 总线，此
乃传输瓶颈, 但已有新技术可以突破；另一个是后端的处理方式，提高处理速度可以通过数
据分包共享来实现。

40．  我们的应用通常会捕获 2M 甚至更多的数据进行分析,  且采样率通常会高达
10GS/S,  但在进行参数测试和 FFT 等分析时总是显得很慢,  为什么？  
答：处理的数据量大，速度自然会慢。要想获得大数据量的高速实时 FFT 分析，除非采用
专用 FFT 处理器，但成本较高。

41．  使用泰克的 TDS2014 数字示波器抓一个并口的时序时， 总能测到能量很强的 50Hz
交流，而测不到信号，但是示波器的地和所测并口的地是一致的，怎么办？  
答：可以从以下几方面入手：
① 检查示波器是否很好的接地或采用隔离变压器隔离；
② 附近是否有较强 50Hz 信号感应；
③ 在较强干扰环境下，应注意并口的驱动能力及工作频率与测试操作选择是否合适。
若只看到 50Hz 干扰正弦波，且波形较规则，则应考虑并口可能未工作；
④ 检查一下探头尖是否损坏了； ⑤ 建议把用不着的外设都拨掉，也有可能从显示器上来的；
⑥ 如果示波器用了很久，就要考虑底线是否正常，就是那个小夹子。  把探头取下，
用万用表量一量。

42．   要解决抗电源干扰问题，想测量总电源的干扰信号串入到弱信号放大器电源的情
形。结果，即使示波器探头和地连在一起，都有干扰信号，不管测哪里都一样。干扰信
号是音频。这是为什么？
答：要注意的问题有：
① 示波器的接地问题，示波器的机壳和探头的参考地线都是连接地线的，因此良好的
接地是测量干扰的首要条件；
②    示波器参考地线引入的干扰问题，由于普通探头通常都有一段接地线，会与待测
点构成一个类似环形天线的干扰路径，引入比较大的干扰，因此要尽量减少这一干
扰，可以采用的方法是将探头帽拿掉，不使用探头上引出的地线，而直接使用探头
尖端和探头内的地点接触待测点进行测量；
③ 使用差分测量的方法，消除共模噪声。泰克提供一系列的差分探头，比如专门针对
小信号的 ADA400A 可以测量到几百微伏，用于高速信号测量的 P7350 提供高达
5GHz 的带宽；
④ 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集（Hi-Res）的信号捕获模式，可以过滤信
号上叠加的随机噪声。

43．  在 EMC 试验中有时候会出现指示表短暂的指示消失现象，使用示波器进行检测，
发现试验过程中示波器有屏幕整个晃动的现象。试验的项目是 EFT（瞬变脉冲串抗扰度
试验），如何解释和怎样在试验中消除这种现象？  
答：EFT 有时会对示波器造成干扰，造成误触发，可尝试使用示波器的高频抑制触发模式，
限制示波器带宽等办法。

44．  为什么示波器有时候抓不到经过放大后的电流信号？
答：如果信号的确存在，但示波器有时能抓到，有时抓不到，这可能和示波器的设置有关系。
通常若您可将示波器触发模式设置成 Normal ,触发条件设置成边沿触发，并将触发电平调到
适当值，然后将扫描方式设置成单次方式，如果这种方式还不行，通常仪器可能出了问题。  

45．  新型数字示波器怎样用于单片机开发呢？  
答：单片机电路开发过程中，一般来讲所用的元件和芯片本身都没有问题，有问题的往往是
他们之间相互通信和预想的不同，单片机中，常见的总线是 SPI,I2C,USB,LIN,CAN, 54621A
和 54621D示波器本身支持串行信号的触发功能，可直接调试串行总线上的通信情况，另外，
若您使用 DSP 结合 MCU开发电路板，可能牵涉到软硬件联调，这时您可以用 54621D 的数
字逻辑通道连接到控制线或数据、地址线上，借以判断在特定的操作条件或子程序运行下，
电路是否能正常工作。而且其每通道 2M 点的存储深度非常有助于分析问题的原因，观察长
时间的串行信号，观察握手时序等。而且其放大功能，可将信号放大数万倍以观察细节。  
54621A 的价格应在 US$2500 左右，54621D 的价格应该在低于 US$4000。您可以访问
http://www.agilent.com/find/mso http://www.agilent.com/find/test  下载相关的许多应用文章。

46．  新型数字示波器 54621A和 54621D在检测时是否对（Inter-IC）总线的不同信号和
不同速率有影响呢？ 答：I2C Bus信号一般工作速率不超过 400Kbit/s,最近也出现了几 Mbit/s的芯片，54621A和
54621D 在设置触发条件时，无需顾及不同速率的影响，但对其它总线，如 CAN 总线，您
先要在示波器上设置CAN总线当前的实际工作速率以便示波器能正确解协议，并正确触发。  

47．  除示波器 54621A 和 54621D 外，还有什么其他仪器可以检测和分析 Inter-IC 总线
信号？
答：想对 Inter-IC 总线信号进行进一步的分析，如协议级的分析，可使用安捷伦的逻辑分析
仪，但相对来说，价格比 54621A/D要高。

48．  数字示波器的各种触发的应用，比如说边沿触发，毛刺触发和脉宽触发等，它们各
自适合测试那种信号？
答：① edge trigger  ， 边沿触发，可设触发电平，上升沿或下降沿。边沿触发也称为基本
触发。  
② advanced trigger，即高级触发，里面含概各种不同的触发功能，可以根据被测信号
的特征，设置相应的触发条件，定位感兴趣的波形。  
高级触发是电路调试的关键。在电路调试过程中，如果事先不了解被测信号可能的问题，可
以先使用泰克数字荧光示波器， 利用 400,000/秒波形捕获速度，迅速发现电路中的各种问题，
再配合不同的高级触发功能来进行故障的细节定位，这样可以缩短您的调试周期。

49．  关于毛刺测量，以前请教过相关的技术人员，得到的答复是，示波器所能捕捉的最
小毛刺就是示波器的采样速率。是否所有的示波器都遵循这一规律？此时示波器的前置
滤波器不会对它有影响吗？
答：不能断言所有的示波器都是这样。比如，有些示波器达到1GS/s，带宽只有 60MHz，显
然，1ns 的毛刺不可能捕捉到。其实捕捉毛刺的能力除了带宽，采样率，还取决于波形捕获
率，即每秒能够捕捉的波形数量，详情请参见泰克关于 DPO的应用文章。

50．  在使用示波器时如何消除毛刺？
答：如果毛刺是信号本身固有的，而且想用边沿触发同步该信号（如正弦信号），可以用高
频抑制触发方式，通常可同步该信号。如果信号本身有毛刺，但想让示波器虑除该毛刺，不
显示毛刺，通常很难做到。可以试着使用限制带宽的方法，但不小心可能也会把信号本身虑
掉一部分信息。若使用逻辑分析仪器，一般来说，使用状态采集的方法，有些在定时方式下
采集到的毛刺，就看不到了。