原创 示波器基础知识百问(4)

76．  怎样用数字示波器查看和读出所显示的波形的周期？  
答：所有的数字示波器都支持波形周期测量，从提高测试精度的角度出发，如果使用的是
5462x/5464x (54645除外)，可在其测量参数中选择 Counter，其内嵌硬件频率计数器会被启
动进行精确的频率测量(5 digit)，若使用的是其他型号示波器，尽量让示波器屏幕显示一个
周期的信号，幅值尽量满刻度，这时测量精度一般较好，可以用示波器的自动测量功能，也
可用光标手动测量。

77．  在开发当中碰到一个问题，在样板机上加改功能，检测样板的声频，数据输出，触
发信号等等，检测的结果跟设计的结果差不多一样，为什么样板声音清晰，显示准确，
而成品的声音有时候是可以接受，但是有时候不行？
答：实际被测对象的声音有时可以接受，有时不行， 但示波器上的波形显示看不出什么问题，
或示波器显示数据和被测对象上的数据相差很远。往往是示波器和您的被测对象没有同步造
成的。可尝试下面的方法：  
声音信号通常为低速信号，可让示波器工作在滚动方式下，观察信号出现问题时，手动
停止波形采集，并进行分析。
在时域中观察声音信号往往不太全面，安捷伦的动态信号分析仪在很多时候是更好的选
择，但若没有该仪器，可结合示波器的 FFT 功能从频域观察。 尝试用示波器的触发功能，若手边有混合信号示波器(54xxxD)，可结合其逻辑通道定义
触发条件(如类似逻辑分析仪的状态触发，顺序触发)。  

78．  如何 tds3012 示波器进行时钟抖动测试？  
答：在泰克的开放平台示波器中（比如 TDS7000，TDS5000）有专门的抖动测量软件，可以
进行全面的抖动测量（比如 Rj，Dj 等）。在 TDS3012 中只能通过无限余辉对信号进行比较
长时间的累计测量。另外，一般频率比较高的时钟才需要测量抖动。  一般示波器测量信号
的原则是：示波器的带宽应该是信号最高频率的 5 倍，如果上升时间比较快的方波可能需要
示波器带宽是信号频率的 10 倍甚至更高。所以建议采用更高带宽，开发平台的示波器。

79．  在 AC/DC 开关电源中如何用示波器进行功率因数测量？  
答：其实使用示波器测量功率因数就是测量电压与电流之间的相位差即 cosφ，同时泰克
TDS5000 功率测试系统也自动对 PFC 的相关参数进行测量（如：THD,True Power,Apparent
Power,Power Factor等）。  

80．  用泰克示波器的 FFT 功能可以看到开关电源的辐射的频率及幅度，但是这里面的
幅度的值与认证中心的值的概念是一样吗？假如不是，怎样转换？而且，假如在看波形
时选不同的V/DIV，在FFT状态下有不同的幅度，是否正常？---我用的型号是TDS1012。  
答：使用示波器的 FFT 功能测得的幅值只能作为定性的分析，而不能作为定量的分析，因
此只具备参考价值，如果希望对频谱幅度进行分析可选择 Blackman-Harris 窗口，这样效果
会好一些；当转换 V/div 时一定会对 FFT 的幅值产生影响，因为这是受到示波器本身的 ADC
的分辨率限制，所以为了提高测量精度，一般会选择将波形尽可能占满整个屏幕（但决不能
超出屏幕），也就是选择较小的 V/div 档位。  

81．  选择什么型号的示波器可有效提高设计效率？  
答：示波器发展到现阶段，已把数据分析提高到重要的位置。使用示波已不仅仅是在调试中
观察波形，更重要的是能很好的在设计中分析计算器件参数，帮助大家优化设计方案。选择
什么样的示波器最适合要结合您所要观察分析的信号决定。

82．  如何用示波器测试视频参数（包括视频输出电平、水平清晰度、亮度幅频响应、色
度幅频响应、亮度信噪比、色度信噪比、亮度非线形失真等等视频参数）？  
答：泰克 TDS3000B 系列示波器加上 TDS3VID或 TDS3SDI 以及 TDS5000系列示波器均提
供强大的视频测量功能，甚至包括模拟 HDTV 功能，以及内置矢量示波器能力，帮助你去
分析各种视频参数。

83．  在高频端，如何判断示波器探头本身的阻抗对信号的影响？  
答：示波器的探头都有特定的指标，可以参照探头的等效阻抗－频率图确定探头在频率点的
等效阻抗。关于探头，泰克有专门的文章叫做《探头 ABC》。

84．  为什么用泰克示波器测试 30MHz 时钟的波形振铃要比安杰仑的大的多（示波器探
头是 250MHz 的）？
答：测量状态转换时，只需采用示波器的自动触发方式，将电压和电流的波形设置为比较理
想的显示方式。如果使用 TDS5000，还可调节 resolution 旋钮将采样率调至合适档位（一般
为信号频率的 10 倍左右）。然后利用 PWR2 软件对被测数据进行自动计算。对于 MOSFET我们选择 Vds 和 Ids 作为被测信号 IGBT 选择 Vce 和 Ice 作为被测信号。
当用数字示波器测试开关电源时,  可否预先设置限制参数(如测试时间,每次采样数)如何用
泰克示波器实现对开关电源状态变换的测试。  连接方式（可举例），示波器按键的设置，必
要的注意事项。    

85．  在设计软开关 PWM 变换器时（如 PWM 半桥开关变换器），怎样用示波器观察
MOSFET Vt/It  轨迹？  
答：首先示波器要有通道间的时延校正功能，这样进行相关数学运算时才能保证基本的准确
性。使用高压差分电压探头及电流探头测量。TEK 推出的功率测试方案中就可以动态的观
察 MOSFET 的整个工作过程。

86．  输出电容和输出电感的选择应该根据负载的供电需求确定，那对于 L 和 C 值都应
该按照 datasheet 上的确定的公式套用吗？如果按照公式推算出来的值在实际应用中出
现了问题，那么我们应该根据什么来更换呢？
答：不同拓朴的输出扼流圈及输出滤波电容的计算公式是不同的，应该按自己所选的电路结
构选择合适的计算公式。输出电容的大小主要由输出纹波电压要抑制为几毫伏决定。这就要
计算出 ESR,然后可按厂家提供的 DATASHEET 选择。但选电容时还要考虑负载的变化、电
流变化范围、输出电感感量等等，因为它们会使电容特性改变。

87．  目前，HID 疝气灯已经广泛用在一些高档轿车大灯上，但在 HID 灯安定器的高压
电路设计中，发现由于高压回收速度不够快，造成有时点灯不畅。如何解决？
答：HID疝气灯一般都有一个二次击穿的过程，然后大灯趋于稳定的工作状态；首先要对二
次击穿进行有效的控制方可保证其稳定工作，量测二次击穿只需使用 TDS5000 的长记录长
度，进行单次触发捕获其波形，然后分别测量一次击穿和二次击穿的峰值电压以及其脉冲宽
度，再测量两次击穿脉冲间的时间即可，根据实际状况看看以上参数是否满足设计要求。

88．  如果使用探头和虚拟仪器，可以在 PC 机上显示出波形。同时，各种各样的计算都
可以轻松实现。TEK5000 系列和虚拟仪器有何本质区别？  
答：DS5000虽然是一台基于 Windows 2000 的示波器，但实际上它是分成两个重要部分的，
首先他具有一个真正意义上的示波器采集和处理的部分，这部分的数据处理是通过示波器本
身的一个专业处理器进行的，而 Windows2000 的计算机平台只是对示波器采集下来的数据
（内部通过 PCI 总线通讯）进行一些后台分析计算处理，这部分与示波器本身的显示并无
联系。  
而所谓的虚拟仪器（大多为 PC 插卡式的），它通过一个数据采集卡（一般速度很慢）
将外界的信号采入计算机内部，通过计算机自身的 CPU 对数据进行处理，它是一种廉价的
解决方案，它的致命弱点是没有任何溯源性（它受计算机主机的影响太大，不同主机导致的
测试结果有较大的误差），我们知道测试仪器的一致性是决定测试结果成败的关键。

89．  如何减小 DC-DC 变压器的热损，在设计变压器时应注意那些问题？对变压器的外
围电路有何要求？  
答：应遵循磁通复位的原则。设计变压器无非要选择磁芯规格及尺寸、计算占空比、磁感应
增量、原,副边的匝数。在实验中校对最坏情况下的磁饱和的情况。

90．  在开关电源的设计中常会遇到的棘手问题是效率问题。而整机的效率很大程度上取决与开关管的损耗，在我们的电路和器件选定后，开关管的开关波形测量很重要，可以
根据它的数据来判断和改善开关工作状态。那么在利用示波器进行这项测试时应该如何
正确操作和注意哪些问题呢？
答：开关电源中有两大主题：提高效率和提高可靠性。效率就要测损耗，损耗主要集中在开
关管和磁性元件上，为此我们应该通过示波器测量开通损耗、截止损耗、导通损耗，同样的
对变压器和电感能测量其磁芯损耗和动态电感。

91．  在实际工作中，需要对开关振荡信号，视频信号等进行测试和分析，该如何进行？  
答：TEK的 TDS5000 系列示波器能很轻松的对这两类信号进行测量分析。
对于开关电源你所说的驱动信号，我们的 TDSPWR2 提供了四种分析：占空比趋势分
析，开关频率趋势分析。
宽度及周期趋势分析：TDS5000 示波器更具有丰富的视频触发，能应用多种制式，
能单独对场，并行进行触发。

92．  在反激式开关电源电源用一种变压器算法，总是需要再进行好多次的调整。反激式
开关电源有没有一种比较通用的变压器参数计算方法？  
答：变压器的设计虽然通过理论计算，但因为磁芯，绕制方法等的差异性，仍需要多次试验
调整。一般是先计算原边电感，根据输出功率来选磁芯材料与骨架尺寸，然后根据手册确定
一些如磁芯截面积等参数等。单端设计变压器就是要让磁芯的磁通复位。

93．  使用 TDS3032B 和 THS710 示波器，怎样将一次性随机出现的信号完整地捕捉并存
储下来，然后重显分析？
答：如果测的所谓随机信号为一个单次信号，那么只要设置与该信号相匹配的垂直和水平刻
度，调整好触发电平，使用单次触发等待信号出现即可，然后利用 SAVE/RECALL 将它存
入 ref里即可随时调出；若是该信号为重复信号中出现的某种异常，则可先 Autoset，然后将  
获取模式设为快速 500 点显示，调整余辉至无限即可。  

94．  开关电源在低温下启动（如：－20℃以下）有什么特殊的要求？  
答：关键是器件选择的温度范围。比如电容、MOSFET、二极管等等。

95．  开关电源总会有电磁辐射，同时越有可能受到其他电器设备的干扰。怎样做才能达
到期即不受其他电器的干扰，又有效地方志器向外辐射呢？  
答：开关电源因工作在高电压大电流的开关状态下，其引起的电磁兼容性问题是相当复杂的。
从整机的电磁兼容性讲，主要有共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合和电磁波耦合
几种。电磁兼容产生的三个要素为：干扰源、传播途径及受干扰体。共阻抗耦合主要是干扰
源与受干扰体在电气上存在共同阻抗，通过该阻抗使干扰信号进入受干扰对象。线间耦合主
要是产生干扰电压及干扰电流的导线或 PCB 线，因并行布线而产生的相互耦合。电场耦合
主要是由于电位差的存在，产生的感应电场对受干扰体产生的耦合。  
磁场耦合主要是大电流的脉冲电源线附近产生的低频磁场对干扰对象产生的耦合。而电
磁波耦合，主要是由于脉动的电压或电流产生的高频电磁波，通过空间向外辐射，对相应的
受干扰体产生的耦合。实际上，每一种耦合方式是不能严格区分的，只是侧重点不同而已。
从电磁兼容性的三要素讲，要解决开关电源的电磁兼容性，可从三个方面入手。  
1）减小干扰源产生的干扰信号；
2）切断干扰信号的传播途径；  3）增强受干扰体的抗干扰能力。  
在解决开关电源内部的电磁兼容性时，可以综合运用上述三个方法，  
以成本效益比及实施的难易性为前提。 对开关电源产生的对外干扰， 如电源线谐波电流、
电源线传导干扰、电磁场辐射干扰等，只能用减小干扰源的方法来解决。  
一方面，可以增强输入输出滤波电路的设计，改善有源功率因数校正（APFC）电路的
性能减少开关管及整流续流二极管的电压电流变化率， 采用各种软开关电路拓扑及控制方式
等。
另一方面，加强机壳的屏蔽效果，改善机壳的缝隙泄漏，并进行良好的接地处理。而对
外部的抗干扰能力，如浪涌、雷击应优化交流输入及直流输出端口的防雷能力。通常，对
1.2/50μs 开路电压及 8/20μs 短路电流的组合雷击波形，因能量较小，可采用氧化锌压敏电
阻与气体放电管等的组合方法来解决。
减小开关电源的内部干扰， 实现其自身的电磁兼容性， 提高开关电源的稳定性及可靠性，
应从以下几个方面入手：  
注意数字电路与模拟电路 PCB 布线的正确区分、 数字电路与模拟电路电源的正确去耦；  
注意数字电路与模拟电路单点接地、 大电流电路与小电流特别是电流电压取样电路的单
点接地以减小共阻干扰、减小地环的影响；  
布线时注意相邻线间的间距及信号性质，避免产生串扰；减小地线阻抗；减小高压大电
流线路特别是变压器原边与开关管、电源滤波电容电路所包围的面积；  
减小输出整流电路及续流二极管电路与直流滤波电路所包围的面积； 减小变压器的漏电
感、滤波电感的分布电容；采用谐振频率高的滤波电容器等。  
TEK推出的功率测试方案就可以对电流谐波按EN61000-3-2标准进行预先一致性测试，  

96． SOA测试是通过什么数据得到的，可以通过示波器的什么测量方法得到该数据？  
答：SOA 就是安全工作区域测量，它是用来判断功率器件的可靠性的,当出现短路或启动加
电等时，超过安全工作区域的可能是仅有的几个周期，而且这也是不易被察觉的，但器件受
到的影响不至于损坏,但对器件来说也是一种积累，器件的裕量可能不够了。  

97．  用示波器如何测试抖动分量？
答：确定性抖动可以用示波器测量出来，在示波器上可以读出上升/下降沿的时间宽度，根
据信号周期可以换算成 UIp-p 即是抖动的峰值幅度，如下图。更详细的内容可以参考示波器
厂家如泰克的相关资料。


98．  如何区分模拟带宽和数字实时带宽？
答：带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的
带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。 数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术
所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽， 数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建
技术因子 K 相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K） ，一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时
适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟
带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说 TEK公司的 TES520B的带宽为 500MHz，
实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。
所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不
到的误差。

99．  示波器是否可作为数字化仪使用？
答：最快的示波器和数字化仪通常都采用并行的闪速转换器和 8 位的分辨率。8 位或 256 级
数字化足够表达一个比较平滑和容易了解的波形显示。因此，为何不用数字存储示波器(DSO)
作为数字化仪，特别对于高速信号，两种仪器都难以获得 8 位以上的分辨率。
    事实上，这样做的结果是满意的，但是也有例外。示波器是非连续采集仪器而数字化仪
可以不是那样。示波器捕获信号后再捕获更多信号之前要有地方放置数据，除非采用类似电
视帧速率的连续波形采集把数据存人像素映像。这样的采集和等效显示率很高，但数据格式
使进一步的外部分析数据量非常巨大。
    除上述特殊处理外，示波器只能以很低速度连续采集和显示信号。数字化仪可获得连续
的 100MS/s 或更高的吞吐率，只受存储器总线速度的限制。例如一种 PCI 总线的数字化插
卡，数据传输率达到 100MB/s，PCI 总线可工作至 66MS/s（132MB/s）。
    示波器的吞吐率受较慢、低的 I/O能力的数据处理速度的限制。速度较慢的数字化仪和
数据记录器可将数据直接写人硬盘，存档几 GB的数据，而示波器一般最高只有 16MB。如
果从另一方面看数据传输率，许多应用只需要捕捉偶发性数据，但这些突发信号可能很接近。
这时快速地传输数据记录就十分重要，这类信号有高重复脉冲频率（PRF）的扫描雷达、时
间分辨的超声声纳、飞行时间的质谱仪、以及核子计数等应用。

100．  什么是组合示波器？
答：组合示波器是一种把模拟示波器和数字存储示波器(DSO)两者的能力和优点结合在一起
的示波器。当组合示波器被设置成 DSO 时，用户可以用它来进行自动参数，测量，存贮采
集的波形进而制作硬考贝；同时，在需要的时候还能具有模拟示波器的无限分辨率以及熟悉
而可信的波形显示，并且使用组合示波器时，不管信号重复速率的高低，都可获得最亮的显
示。