示波器如何测交流(示波器 怎么看)

7月11日，由全球最大的电子科技传媒集团ASPENCORE的《电子工程专辑》、《电子技术设计》、《国际电子商情》主办的2019“智能”动态化工与工业4.0论坛在深圳科技园举行。来自美国、香港、台湾和mainland China的八家领先企业的技术专家与智能制造和工业自动化领域的专业人士进行了面对面的互动。

来自深圳市丁洋科技有限公司(SIGLENT)的邓立斌老师在大会上给我们做了“工业4.0时代国产基础测试测量仪器的应用与挑战”的主题演讲。

演讲前，邓力斌先生就以下问题进行了市场调研：

如何看待工业4.0？

工程师这样回答：

我觉得这是一个自上而下的事情。就我们的基础研发而言。d测试方而言，目前变化不大，基本感觉不到影响；

工业4.0提出以来，自动化、智能化的进程明显加快，特别是对于生产线，改造了很多工厂，效率提高了很多；

别人不知道，云计算和大数据这几年真的很火；

工业4.0不仅仅是自动化和智能化。智慧城市、智慧交通、智慧生活对我们生活的方方面面都有影响，但在工作上似乎没有什么变化。

工业4.0的概念由来已久，影响力肯定是有的。我们现在的社会进程是在大方向上做出的，我们在各行各业享受到的便利肯定与此有关。

鼎阳示波器如何搭上工业4.0的快车？

工程师的回答是这样的：

你们公司的这些产品都是基础仪器，跟这个不搭吧？

任何时候都要使用示波器。无论什么时代，什么题材，你的乐器都是不可或缺的，但我想不出对此有什么打算，因为我不得不说，我要配合这个时代。

我觉得这个时代对你最好的消息就是国家开始重视制造业了。只要制造业启动，对基础设备的需求就很大，你的春天就来了。

一般来说，工业4.0跟你没啥关系，比如智能化，自动化，物联网，5G。这些比率非常高，你们的产品适合于基础研发。你不能处理这些高速。

我觉得你的产品定位是基础市场，所有涉及电子电路测试的公司都可以用。没必要和这个产业趋势挂钩。当然，如果能通过这种趋势找到行业客户进行推广，会事半功倍。那你可以考虑一下这个。

鼎阳示波器主要测哪些信号、关心哪些参数？

工程师的回答如下：

主要测量日常的电压电流波形，然后测量纹波噪声，也就是峰值和频率，有时候看抖动；

简单测量波形，在生产线上使用，集成到软件中读取数据。数据是4通道的峰值，12通道的相位差，34通道的相位差。

测量晶振、频率抖动和纹波噪声，偶尔做IIC和SPI解码；

频谱分析仪用于测量干扰，分析定点辐射干扰，非常实用；

测量电源、定时、时钟、串口协议，也检查一些异常波形，基本都是日常读数用的。

如何选择示波器的核心指标？

邓立斌老师指出，使用示波器时，需要配置的核心参数是带宽、采样率、存储深度和探头。

示波器带宽通常指模拟带宽，即示波器前端放大器的幅频特性曲线的截止频率点，即正弦波输入信号衰减到信号真实幅度的70.7%时的频率，也称为3dB截止频率点。示波器带宽由垂直系统的放大器和低通滤波器(或反联络LPF)决定，与测量精度密切相关。

带宽取决于测试的精度和上升沿的速度(带宽和上升时间的关系决定了带宽的选择)。

被测信号的类型和上升时间也决定了示波器带宽的选择。方波中的谐波成分越多，上升沿就越陡，上升时间就越短，信号的带宽就越宽。

当实际信号的上升时间是示波器上升时间的3倍以上时，测量精度可达5%

对于开关电源来说，常见的开关管一般是kHz级别的开关频率，上升时间一般在100ns左右。即使开关管在30ns，1/3的上升时间为10ns，100MHz示波器也能满足要求，但新一代酷Mos的上升时间为11ns，下降时间为3ns。此时，需要一个至少350MHz带宽的示波器。

保证高采样率，部分尖峰可以准确捕捉。必须注意，超过带宽5倍以上的采样率才能保证测量精度良好的采样，测试脉冲波需要在上升沿采样3~5点。高采样率减少了测试波形的失真。

较长的存储深度可确保信号在较长时间内的保真度。在存储深度一定的情况下，存储速度越快，存储时间越短。增加示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率：在长时间测量波形时，由于存储深度是固定的，只能通过降低采样率来实现，但这必然会导致波形质量的下降。如果存储深度增加，可以以更高的采样率进行测量，以获得无失真

示波器第一关系式如下：

存储深度 = 采样率 × 采样时间

探头的选择取决于测试的类型以及相应的范围。探头对测试系统会带来下面一些影响：

• 探头的带宽对测量系统带宽的影响：滤波效应
• 探头自身的电路对被测电路特性的影响：负载效应/谐振效应
• 探头高、低频电容的补偿效应
• 探头地线的长短，地线的位置、形状，探头摆放位置等引起的辐射耦合：天线效应
• 有源探头本身的噪声影响：信噪比问题
• 探头的衰减比引起的噪声同步放大：量化误差问题
• 探头的衰减比随工作年限而变化：电阻值的漂移问题
• 探头的接地环境引起的传导耦合：接地是一个永恒的话题
• 浮地测量的是与非：接地是一个永恒的话题
• 探头和探头之间地环路的干扰问题：接地是一个永恒的话题

波特图实测案例

在电源设计中稳定性是一项非常重要的指标，稳压电源本质上是一个能输出非常大电流的反馈放大器，所以适用于反馈放大器的理论同样适用于稳压电源（以下简称电源）。根据反馈理论，一个反馈系统的稳定性可以通过其系统传递函数得出。工程实践中通常会使用环路增益的波特图来判断系统的稳定性。

邓立彬先生以鼎阳示波器和信号源免费的Bode Plot软件为例，解释了如何测量波特图。

这是一个典型的反馈系统，系统的闭环传递函数A是输入x和输出y的数学关系表达式，环路增益T则是信号经过环路一周所得到的增益。

我们可以画出系统环路增益的波特图来评估系统的稳定性，表达系统稳定性常用的增益裕度和相位裕度指标一般就是从这里得出的。相位裕度指的是在增益降为1（或者0dB）的时候，相位距离-180°还有多少；增益裕度则是相位到达-180°的时候，增益比1（或者0dB）少了多少。

在测量增益的时候断开环路行不行呢？现实中反馈环路往往起到了稳定电路静态工作点的作用，所以我们不能简单的把环路断开去测环路增益。反馈环断开后，电路因为输入失调等原因，输出会直接饱和，这种情况下无法进行任何有意义的测量。

为了维持闭环，我们在注入点的位置插入一个很小的电阻而不是将环路在注入点断开，注入信号通过该注入电阻注入到环路中去。这个注入电阻的取值要足够小，通常远

远小于反馈网络的等效阻抗，才能保证注入电阻对反馈环路的影响忽略不计。

原则上信号的注入不能影响环路的静态工作点，为了解决现实电路中信号源和被测件共地的问题，往往需要使用注入变压器。注入信号从注入电阻的一端注入到环路中，经过反馈网络、误差放大器和功率晶体管到达输出，也就是注入电阻的另一端。这样输出信号y和注入信号i的数学关系就是我们要求的环路增益。

这是一款稳压电源测试板，上面的电路是用TL431和分立晶体管所搭建的线性电源，有一个开关可以切换输出电容来获得不同的环路响应。

低频下DUT输入和DUT输出通道的幅度差别很大，我们又使用了很小的激励信号，这导致DUT输入通道上的信号太小了，根本无法被常见的商用示波器精确测量出来。

但我们不能简单地通过增大激励幅度来改善测量效果，因为反馈环路在穿越频率附近非常敏感，激励信号过大会导致环路严重失真而无法得到有用的结果。

在实际测量中，测试人员往往需要不断尝试这些参数以找到一个适合当前电路的最佳设置。一种可行的办法是先在时域下观察波形，降低激励幅度至看不到明显失真，把这个幅度再降低6dB，记录下这个幅度和当前频率，跳到下一个频率再重复这个操作。如果你有一个已知的差不多的设置，还有一个更好的办法来获得最准确的结果：将这个初始配置整体降低6dB，扫描一遍看结果是否发生变化，如果有变化，则需要继续降低激励幅度，如果结果不变了，上一个设置就是比较理想的情况。这两种手段都非常繁琐且耗时，不过为了获得理想的测量结果也很值得。

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