COB 电子工程部S/I Team 2003,示波器基礎認識,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。,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。,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,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),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,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：,量測值,信號的上昇時間,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%,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%,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%,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%,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,. . . . . . . . . . . . . . .,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,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 ),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1025Gs/s。 單擊取樣 ( SINGLE-SHOT )：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次。,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。,1,2,3,6,5,4,10,7,8,9,4.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。,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,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 ?,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,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,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,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,示波器基礎認識 ( BASIC ),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,表示方式 AC2V+DC1.5V,0,阻抗匹配為 DC1M：直流交流信號。,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。,0,阻抗匹配為 AC1M：交流信號。,交流,直流,0,表示方式 AC2V+DC1.5V,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。,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：,示波器內阻 Ro=1Mohm,測試棒內阻 Rp=9Mohm,示波器內阻必須遠大於信號阻抗,Vs,信號阻抗 Rs,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。,示波器內阻 Ro=1Mohm,測試棒內阻 Rp=9Mohm,信號造成上昇時間延遲,系統電容,Vs,信號阻抗 Rs,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。,示波器內阻 Ro=1Mohm,測試棒內阻 Rp=9Mohm,系統電容,接地電感,信號除造成上昇時間延遲並產生振盪,Vs,信號阻抗 Rs,The end, thanks!,