原创 示波器基础知识百问(3)

51．  在实际工作中，当碰到突发的毛刺信号，如何捕捉和测试？
答：比如我们在进行时钟测试时，经常会碰到偶发毛刺信号，该信号将会对我们的电路产生
误动作，因此捕获该信号成为测试的关键，由于事先我们无法判断该毛刺为正还是为负，因
此我们须先利用 TDS5000 示波器的数字荧光功能即快速波形捕获模式结合无限余辉查看毛
刺特征，然后利用示波器的高级触发功能——脉宽触发依照信号特征，如：小于正常时钟脉
冲宽度触发。

52．  毛刺/脉宽触发的应用场合有哪些？
答：毛刺/脉宽触发一般有两种典型应用场合，一是同步电路行为，如利用它来同步串行信
号，或对于干扰非常严重的应用，无法用边沿触发正确同步信号，脉宽触发就是一个选择；
另一是用来发现信号中的异常现象，如因干扰或竞争引起的窄毛刺，由于该异常是偶发显现，必须用毛刺触发来捕获(另一种方法是峰值检测方式，但峰值检测的方法有可能受其最大采
样率的限制，同时，一般是能看，不能测)。若被测对象的脉冲宽度是 50ns，而且该信号没
有任何问题，也就是说，没有因干扰，竞争等问题引起的信号畸变或更窄的，用边沿触发就
可同步该信号，无需使用毛刺触发。有不少用户将脉宽触发设置为 10ns ~ 30ns，幸运的是，
5462x 和 5464x 是业界难得的能完成该操作的仪器。若想验证该 10MHz 方波中有无异常脉
冲，包括比 50ns 窄很多的脉冲，就会用到脉宽或毛刺触发,  也就有可能会用到 5ns 的设置。  

53．  安捷伦的数字示波器有没有 DPO功能？  
答：DPO 是一个专用名词，只有一个示波器公司使用该名词，安捷伦对应的功能叫
MegaVision，和 DPO 相同之处是：①可以直接信号中的异常现象。②波形捕获率远高于普
通数字存储示波器。不同之处：①发现异常信号后，MegaVision 可对该异常直接放大并观
察信号细节。②MegaVision 示波器的实时采样率突破 1.25GSa/s 极限，可达 2GSa/s(如
5464xA/D 示波器)甚至更高。③MegaVision 示波器是为需要深存储的应用场合优化的，当示
波器存储深度>10K,甚至 100K, 2M 时，其波形刷新率是业界及其领先的。

54．  如果依据信号上升时间确定了带宽后，按照该带宽确定采样率的原则仅仅是为了实
现无采样混叠误差吗？  
答：确定带宽后再确定采样率，业界的一些公式，的确确定采样率的原则是为了实现无采样
混叠误差，但它是泛泛的评估说法，具体还要看您被测对象的特征，因为最高的指标往往是
在特定条件下给出的，未必满足您的测试应用。

55．  示波器如何显示两个采样点之间的波形？  
答：示波器的显示方式有多种：点显示、正弦内插显示、直线连接显示；示波器的缺省显示
方式通常为矢量连接显示方式，有的示波器仅支持直线连接方式；无论是直线连接还是正弦
内插，在两个实际采样点之间提供的信息都不是实际采集的，由于直线连接方式可能会导致
显示出现突变，如在一正弦波的波峰采集一个点，两边的波谷各采集一点，会显示出三角波，
而用正弦内插显示出来仍是正弦波，所以，有些应用文章中的说法是：采用直线连接，对采
样率的要求更高，如 10 倍的关系(以真实再现波形)；采用正弦内插，对采样率要求稍低以
下，也有文章说，2.5 倍就可以，工程上一般说 4 倍以上，也有 5 倍，6 倍的说法。

56． PCB 板上的高速信号特征：156.25MHZ 差分时钟信号，Rise/Fall Time(20%～80
％)<100ps，jitter tolerance(p-p<30ps,RMS<2ps),skew(+ vs.-)<20ps，请问需要多高带宽的
示波器才能精确测量？测量误差可达多少？
答：对于 156.25MHz  差分时钟信号，Rise/Fall Time(20%～80％)<100ps  ，若您想精确测试
该上升时间，如 3%的测试精度，0.4/100ps *1.4 = 5.6GHz  带宽示波器及其探头系统，若 10%
精度可接受，0.4/100ps*1.2 = 4.8GHz  带宽示波器及其探头系统。注意若您使用差分探头，
您要确保，从被测点算起，整个示波器的带宽是 5.6GHz, 幸运的是目前安捷伦推出了 7GHz
带宽的差分探头。同时，54855A本身的上升时间指标实测是 65ps ,  说明书上给出 72ps的指
标。jitter tolerance(p-p<30ps,RMS<2ps) ,  要精确测量抖动指标，要求示波器本身的抖动指标
要更高，54855A本身的触发抖动指标是 1ps RMS ,比业界同类产品好 7 倍，另一相关指标是
Delta Time meas. Accuracy (peak) 是±  [ (7.0 ps) + (1 x ppm * |reading|) ]，好过同类产品 2倍
以上，这和它真正使用20GSa/s的A/D有关，它消除了使用多个(10GSa/s A/D  或 5GSa/s A/D)
拼凑成一个 20GSa/s所带来的误差。
57．  在选择示波器时，一般考虑的多的是带宽。那么，在什么情况下要考虑采样速率？
答：取决于被测对象，在带宽满足的前提下，希望最小采样间隔(采样率的倒数)能够捕捉到
您需要的信号细节。业界有些关于采样速率经验公式，但基本上都是针对示波器带宽得出的，
实际应用中，最好不用示波器测相同频率的信号。若您在选型，对正弦波，选择示波器带宽
是被测正弦信号频率的 3 倍，以上，采样率是带宽的 4 到 5 倍，实际上是信号的 12 到 15
倍，若是其它波形，要保证采样率足以捕获信号细节。若您正在使用示波器，可透过以下方
法验证采样率是否够用：  
将波形停下来，放大波形，若发现波形有变化（如某些幅值），采样率就不够，否则无
碍。也可用点显示来分析，采样率是否够用。    

58． 100MHz 的模拟示波器可以较清楚看到寄生波形，而 100MHz的数字示波器却看不
到（仅能看到波形加粗）？  
答：此现象和示波器显示有关，模拟示波器上看到的迹线一般较细，它通过垂直偏转器直接
将电压打到屏幕上，而且扫描速率和波形刷新率都很快。数字示波器是通过 A/D 将波形电
压量化，存到内存中，处理之后再显示，数字示波器屏幕的显示分辨率是有限的，通常为
640 点或 1000 点，若您将示波器的存储深度(记录长度)设置成 10K或 2M, 这意味着，要让
内存中 10K或 2M 点的信息量通过 640 个点或 1000 个点来反映，无论算法有多好，都会带
来一定的显示误差，波形加粗的程度和存储深度是相关的，这些问题是数字示波器特有的问
题，另外数字示波器缺省显示方式为矢量显示方式，即会在两个采样点之间以线性算法，或
正弦内插算法插入一些点，模拟示波器没有这些问题。您可试着将示波器记录长度改为 500
点，并将矢量显示改为点显示，观察数字示波器每次采样实际得到的数据，调整时基，可以
清楚得看到这些点，即使使用矢量显示，线会变细些。仅从仪器角度出发，另外测量小信号，
使用 1:1 得探头得结果，可能会比 10:1探头更好些 。另外，模拟示波器没有采样率得概念，
只有扫描速率概念，使用数字示波器，采样率很多时候需考虑。

59．  模拟和数字示波器在观察波形的细部时，那个更有优势（例如：在过零点和峰值时，
观察 1%以下的寄生波形）？    
答：观察 1%以下的寄生波形，无论是模拟示波器还是数字示波器，观察其精度都不是很好，
模拟示波器的垂直精度未必比数字示波器更高，如某 500MHz 带宽的模拟示波器垂直精度
是+/-3%,  并不比数字示波器(通常为 1~2%精度)更具优势，而且对细节，数字示波器的自动
测量功能比模拟示波器的人工测量更精确。

60．  数字示波器一般提供在线显示均方根值，它的精度一般是多少？  
答：示波器的幅值测量精度，很多人用 A/D 位数来衡量，实际上，随着您所用的示波器带
宽，实际的采样率设置等，会有变化，若带宽不够，本身带来的幅值测量误差就很大，若带
宽够了，采样设置很高，实际的幅值测量精度就不如采样率低的时候的精度(您有时可参考
示波器的用户手册，它可能会给出不同采样率下，示波器的 A/D实际有效位数);总的来讲，
示波器测量幅值，包括均方根值的精度往往不如万用表，同样，测量频率，它不如频率计数
器。

61．  如何捕捉并重现稍纵即失的瞬时信号？
答：将示波器设置成单次采集方式(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)，如果使用的是安捷伦
5462xA/D,5464xA/D,5483xB/D,5485xA,这些仪器都支持 MegaZoom功能，就是说，可在观察信号全局的同时，对局部细节进行放大观察，或者通过移动屏幕的方式，或者通过双时基显
示功能来完成。注意示波器的存储深度将决定所能采集信号的时间，和能用到的最大采样速
率。

62．  安捷伦的哪种示波器能够测试频率为 500M 的载波信号？
答：如果仅测载波信号本身，通常载波信号为正弦波，推荐使用 1.5GHz 示波器(安捷伦
54845B),使用 BNC 电缆连接被测对象，可得到~94.6%的上升时间测量精度。若必须使用探
头，推荐使用 1157A  有源探头(2.5GHz 带宽)。如果使用 500MHz 带宽的示波器，即使使用
BNC 电缆，最好情况下得到的幅度测量误差是 29.3%,上升时间测量精度是 58.6%。

63．  示波器标称为 60MHZ，是否可以理解为它最大可以测到 60MHZ？
答：60MHz带宽示波器，并不意味着可以很好地测量 60MHz 的信号，根据示波器带宽的定
义，如果输入峰峰值为 1V的 60MHz的正弦波到 60MHz 带宽的示波器上，从示波器上将看
到 0.707V的信号(30%幅值测量误差)。

64．  用标称为 60MHZ 的示波器测 4.1943MHZ 的方波时测不到，为什么？  
答：如果要测试的是方波，选择示波器的参考标准是信号的上升时间，若示波器带宽＝0.35/
信号上升时间* 3，则上升时间测量误差为 5.4%左右。
示波器的探头带宽也很重要，如果使用的示波器探头包括其前端附件构成的系统带宽很
低，将会使示波器带宽大大下降。如若您使用 20MHz 带宽的探头，则能实现的最大带宽是
20MHz。如果在探头前端使用连接导线，会进一步降低探头性能(但对~4MHz 方波，不应有
太大影响，因为速度不是很快)  。
另外，查看一下示波器使用手册，有的厂家新推出的示波器，在 1:1 设置下，其实际带
宽将锐减到<=6MHz,对于~4MHz 的方波，其三次谐波是 12MHz,其五次谐波是 20MHz,若带
宽降到 6MHz,对信号幅值衰减很大，即使能看到信号，也绝对不是方波，而是幅值被衰减
了的正弦波。当然，测不出信号的原因可能有多种，如探头接触不好，但该现象很容易被排
除。建议可以用 BNC 电缆连接一函数发生器，检验该示波器本身有没有问题，探头有没有
问题，如有问题，可和厂家直接联系。

65．  怎样测量时钟的稳定度？  
答：假设使用的是 5483xB/D、548xxA  、5484xB 或 5485xA ，可以用其标准配置的直方图
方式测量，其时钟边沿或幅值的抖动情况，具体可参见安捷伦的应用文章：“Jitter Analysis
Techniques Using an Agilent Infiniium Oscilloscope”(P/N:5988－6109EN)，可测量其最坏情况
下的抖动情况。对于 5485xA,若您希望更加强大的抖动分析功能，其配有专门的抖动分析软
件，提供功能十分强大的抖动分析，具体可参见 5485x 示波器的 Datasheet，更详细的信息，
可致电安捷伦。

66．  使用安捷伦示波器精确测量 PLL 中周期抖动有什么方法和技巧？  
答：如果用的是 5483xB/D、548xxA 、5484xB和5485xA ,  可以用其标准配置的直方图方式
测量，其时钟边沿或幅值的抖动情况，具体可参见安捷伦的应用文章“Jitter Analysis
Techniques Using an Agilent Infiniium Oscilloscope”(P/N:5988－6109EN)，可测量其最坏情况
下的抖动情况。对于 5485xA，如果希望更加强大的抖动分析功能，其配有专门的抖动分析
软件，提供功能十分强大的抖动分析，具体可参见 http://www.agilent.com/find/test 5485x 示
波器的 Datasheet,更详细的信息，可致电安捷伦。提醒在使用示波器时，要注意其本身的抖动相关指标是否满足测试需求，如示波器本身的触发抖动指标等，同时要注意使用不同的探
头和探头连接附件时，若不能保证示波器的系统带宽，测量结果会不准确。
    
67．  如何使用安捷伦示波器测量 PLL 的 Settle time？
答：可使用安捷伦 548xx 系列示波器+USB-GPIB 82357A  适配器+软件选件  来完成。也可
使用安捷伦的较低价位的调制域分析仪来完成。  

68．  设计一个 PLL,，如何测量 PFD(频率鉴相器)的死区?  
答：可以将示波器的一个通道连接到参考信号，另一通道连到反馈信号，设置示波器的触发
条件为建立保持时间触发，这时，在调整示波器建立保持时间设置的同时，调整参考信号，
直到失锁，这时的建立保持时间设置就对应您的 PFD 死区。理论上，认为失锁会在两个时
刻发生，一是在初始工作时间，两个信号相差(频差)超过 PLL 的捕捉带宽；另一始在跟踪过
程种，反馈信号变化过大，使两个信号相差超过 PLL 的跟踪带宽会失锁。安捷伦所有 548xx
系列示波器都可完成该测量(在带宽满足的前提下)。

69．  使用安捷伦设备如何测试光信号？  
答：安捷伦有全套测试方案测量光信号，从光源、光谱仪、光万用表、光示波器、光波长计
等，如果想用实时示波器测量光信号，可使用光电转换器结合示波器完成测量。  

70．  如何使用示波器测量电源纹波？
答：可以先用示波器将波形整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动
测量或光标测量)，同时还利用示波器的 FFT 功能从频域分析。
通常若不太清楚被测对象细节(幅值，频率等)的情况下，可使用”AutoScale”按钮，观
察到信号的大概，再调整水平控制旋钮和垂直控制旋钮，以得到最佳的显示(如，幅值尽量
满屏显示)，再用 Zoom功能将波形作满平放大显示，测电源纹波时，可将纹波部分用 Zoom
功能放大来分析；另外，可能会考虑从频域角度分析电源，观察其谐波和杂波情况，为此，
可让示波器显示尽量多个周期信号，将示波器的存储深度仅可能用到最大，采样率设置成适
当的数值，以保证波形不失真，这样得到的频率分辨率为采样率除以当前存储深度设置，观
察各次谐波及其与基波的幅度差。另外，若使用 MatLab 软件，可利用 MatLab 软件的强大
功能对捕获的信号数据进行更加深入的分析。546xx、548xx 都标准配置有和计算机相连的
软件，直接将数据取到计算机中，以进一步分析，当然，也可将Matlab软件直接装到 548xx
中。  
若已经知道电路的参数,可直接调整示波器设置，让其工作在合适的采样率和垂直刻度
下。

71．  开关电源输出电压的纹波是一个重要的指标，如何正确使用示波器来测量这个指
标？
答：纹波的定义是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，英文称为
PARD (Periodic And Random Deviation)。它的定义是杂波的峰峰值。测量纹波要注意的事项：  
示波器探头地线会带来很大纹波，应该拔掉地线直接使用探头内地线进行测量。当然，最好
的测量方法是使用 50 欧姆终端电阻，用 BNC 电缆直接联结到示波器，这里应该注意该 50
欧姆电阻要考虑功耗，可能要大功率电阻。  相关的标准要求，比如是否要分出周期性工频
纹波和开关纹波，高频噪声等。再比如，测量频率是否要限制在 20MHz 以下。
72．  测纹波时有很大一部分是５０赫兹的周期性尖脉冲，负载电流越大，脉冲幅度越大，
有哪些具体的解决办法？
答：在泰克功率测量系统中，当进行纹波测量时，我们可以选择工频纹波测试或开关纹波测
试，这样就可自动滤掉不相关频率的纹波，比如：选择测试 200KHz的纹波，那么示波器将
会自动对其他频率成分进行滤波。

73．  测量纹波时怎样去除在纹波上的噪声，比如工频噪声？
答：纹波上的噪声可通过 TDS5000 示波器在捕获模式中的高分辩率捕获模式就可以去除这
些随机的噪声。纹波分两种一种是工频的， 100HZ，一种是开关纹波。 TEK推出的 TDSPWR2
就能把这两种纹波分离后分别测量得出结果。

74．  精确测试开关电源的纹波与噪音时，是否要在专门的实验室里才可以？
答：当然如果有专门的实验室进行纹波测量是最理想的。在不具备这个条件的时候应当注意
的问题有：  
① 示波器应该有良好的接地；
② 如果测量标准有带宽限制的要求，应该打开 TDS430A中的 20MHz 带宽限制；
③ 使用示波器的交流耦合；
④ 使用 BNC 电缆，并用 TDS430A的50欧姆输入阻抗档进行测量（这时可能需要 50
欧姆的大功率负载，BNC 适配器或者制作测试夹具）  
为提高测量精度，不应该使用示波器的探头，示波器探头的地线会引入比较大的噪声。

75．  如何使用示波器测量一些低纹波电源的输出纹波值？比如测量 1.8V 的输出纹波，
一般都标称输出纹波小于 20mV，如何用示波器来验证？而普通示波器即使直接探头接
探头地夹的噪声就有二三十毫伏了。
答：这个的问题很有代表性。要用到高共模抑制比的电压差分探头，它能工作在高噪声环境
中。