示波器和探棒基础知识.

示波器及探头选择EATeam2009.10.14傅立叶变换,能力集中在奇次谐波分量上•概念:数字信号由基波和各次谐波组成•上图表明常见的数字信号我们看到的该信号的频率只是其基频部分,当信号经过FFT变换后,我们还能看见其存在3,5,7…等高次谐波分量,因此我们不能通过基频来判断我们需要选择的系统.(对于3~5倍关系)•由于从信号能量的角度我们看到,信号的1,3,5次谐波分量涵盖了信号能量的绝大部分,因此我们量测系统必须能量测到至少信号的5次谐波分量.因此估计信号的实际频率就可以简单为BW=0.35/tr(基频信号的上升时间)一非正弦波信号的带宽，可以其上升时间来决定。若此信号通过一低通滤波器(一阶)，则其带宽(BW)为0.35/上升时间(tr)，也就是说BWxtr=0.35，若此信号通过的为一非一阶的低通滤波器，则tr与BW的乘积会更高，比如0.4;示波器带宽最少要看到信号的5次谐波分量•测试系统带宽和信号带宽的不同带来的测试误差示波器带宽v.s.正弦波振幅5倍于待测信号有2%误差所以在选择示波器和探棒组成测试系统时,遵循测试系统上升时间比被测试信号快3-5倍,10倍是最佳选择;如何根据上升时间来算信号的带宽采样率的理论•频率为f的正弦波g(t),若以2f的采样率,则其傅立叶转换式为•其中g(n/2f)为采样值•sinc(2ft-n)称为内插函数(InterpolationFunction)•此式称为内插公式(InterpolationFormula)•利用sinc内插函数,以2f的采样率,就可将频率为f的正弦波g(t)还原,此2f(采样率为信号带宽的两倍)称为Nyquist（奈奎斯特）采样率。采样率的理论•实际线路须大于2f采样率(比如2.5f),方能还原頻率为f的正弦波采样率的理论•混淆信号(Aliasing)频率为f的正弦波,小于2f采样率采样率的理论•混淆信号以矢量模式在示波器上显示波形。采样率的理论选择量测系统•估计待测信号的电压,频率,上升时间•选择动态范围满足电压幅度的探头•估算信号的实际带宽=0.35/tr•选择带宽为信号带宽3~5倍的探棒和示波器•确定需要量测参数的特殊要求(示波器的带宽是否可选,示波器是否有累计功能等)•将选择到的示波器和探棒根据量测的参数•(量测DC相关参数的时候选择垂直精度高的示波器和输入电阻较大的探棒,量测AC相关参数的时候尽量选取上升时间快.采样率高的示波器和上升时间快.输入电容小的探棒)示波器的上升时间和带宽•ASUS常用示波器以及探头的上升时间•单端探棒•差分探棒针对信号选择你的量测系统•具体到测试项目•CLOCK测试:示波器选用TDS7404B(4G)6154C(15G)探头选P7330P6248(差分)P7240P6245(单端)以1600CPUCLK的RiseSlewRateSpec0.6RiseSlewrate4(150mVWindow)换算26.7psTr180ps,1/3*180=60ps,实际TDS7404Tr=72ps(20%-80%),基本满足测试需求.如更快的上升时间则相对需要更高带宽的示波器以及探头;•IDE测试:示波器选择7104或者7404(1G)探棒选择P6245或者TAP1500(1.5G)我们实际测试IDE信号速率为33.3MHz,其5次谐波为33.3*5=166MHz,我们使用1G带宽示波器完全满足要求.•PCI测试:示波器选择7104,探棒选择P6245TAP1500由PCIRiseSlewRateSpec换算325psTr1.3ns,1/3*1.3=433ps,DPO7054Tr=415ps(10%-90%),即500M带宽以上示波器满足要求,考虑到高频噪声以及现实情况,我们选用7104示波器.•SMBUS测试:示波器选择7104或者7404(1G)探棒选择P6245或者TAP1500(1.5G)Smbus为10K-100K信号,选用1G带宽示波器已经远远超出他的要求,我们这样选择是鉴于实际情况,以及考虑7104的DynamicRange的范围(9Vrms)(I2CandSmbus一般VH在3.3V)•CPUPowerOK及PowerSequence:示波器选择7104或者7404(1G)探棒选择P6245或者TAP1500(1.5G)PowerSequece只是测试信号高低电平有效(5Vmax),我们只需要示波器以及Probe的DynamicRange满足要求,以71041MOhm最小值9Vrms为计,P6245TAP1500的DynamicRange为+-8V,整体范围大大满足测试需要.•PowerNoise测试:示波器选择7104,探棒选择P6245TAP1500,PowerNoise(5Vmax),我们只需要示波器以及Probe的DynamicRange满足要求就好了,以71041MOhm最小值9Vrms(+-150Vmax)为计,P6245的DynamicRange为+-8V,TAP1500同样为+-8V,整体范围满足测试需要,为消除高频噪声的影响设置200MHz带宽.•1394测试:示波器选择TDS7404B,探棒选择P6248,目前我们主要测试的为1394a的Spec,其最高速率为400Mbps,Tr=1.2ns,1/3*1.2=400ps,DPO7104示波器Tr=225ps,225ps400ps,1G带宽以上示波器完全满足测试需求.1394b最高Support3.2Gbps的DataRate,Tr=100ps,1/3*100ps=33ps,12G示波器及以上;•VGA测试:示波器选择7104(4G),探棒选择P6245TAP1500,VGA,1024x76885Hz的Pixelclock为94.5MHz94.5*5=472.5MHz,RGB的Tr=2.65ns,1/3*2.65=883ps,DPO7054Tr=425ps,500M带宽以上示波器即可满足要求,限于我们的条件选择7104示波器为当前最佳选择.•LVDS测试:示波器选择TDS7404forLVDSsignaltestTDS7104forpowersequencetest,探棒选择P6248*2andP6245*2orTAP1500*2,LVDS理论Support最高655Mbps的速率,(655/2)*5=1.637G,2G带宽以上示波器即可满足要求,•HDMI测试:示波器选择6154C,探棒选择P7313SMAHDMI最高速率可达3.4Gbps,最大带宽1.7GHz其五次谐波为1.7*5=7.5GHz故选择8G带宽以上示波器.以测试项目Risetime1/3(误差5%)估算所需示波器的Risetime.HDMISpecRt=75ps(实际150ps左右),以最严格的标准计算为:25ps(50ps),实际8G示波器Risetime为33ps,TDS6154CRisetime为19ps,以实际情况看8G带宽以上示波器及TDS6154C满足HDMI测试需要.Tr(20%-80%);•DisplayPort测试:示波器选择6154C(8G),探棒选择P7313SMA.DPHBR为2.7Gbps,其五次谐波为1.35*5=6.75GHz,考虑到探头和示波器的系统带宽损耗实际使用带宽为8G以上示波器及探头;•DVI测试:示波器选择TDS7404B,探棒选择P7330,P7240;DVIRisetimeSpec75ps=Tr=0.4Tbit,DVISupportCLK165MHz(Max),Tbit=1/10*1/165M=600ps,0.4Tbit=240ps,1/3*240=80ps,TDS7404B实际Risetime=72ps(20%-80%),即该示波器满足DVI测试需要;•PCI-EGen1测试:示波器选择TDS6604B,探棒选择SMAcable;PCI-E1.0or1.1a速率为2.5Gbps,1.25G*5=6.25G,TDS6604为6G带宽示波器基本满足该项测试,且PCI-E1.0推出时,TDS6604为当时最高带宽示波器,即采用该示波器一直沿用至今.最恰当的选择是8G示波器;•PCI-EGen2测试:示波器选择6154C,探棒选择SMPcable;PCI-E2.0速率为5Gbps,2.5G*5=12.5G,TDS6154C为15G带宽示波器,满足该项测试.•SATA测试:示波器选择TDS6604B,探棒选择SMAcable;SataI速率为1.5Gbps,0.75*5=3.75G,SataII速率为3.0Gbps,1.5G*5=7.5GHz,目前使用TDS6604为SataI测试的延续,最好改用8G带宽以上示波器进行测试.•LAN测试:示波器选择7404B(4G),探棒选择P6248;因为以太网信号的上升时间大约为3ns,所以其频谱都在117MHz以下（带宽=0.35/3ns=117MHz），所以一台1GHz带宽以上的示波器，是10倍于被测信号的带宽，将使测量幅度的误差降低到0.5％，满足测试A与B点峰值电压差异时1%的要求•USB1.0/1.1测试:示波器选择TDS7404B,探棒选择P6245;USB1.1:4nsTr20ns,以最严格的4ns进行计算1/3*4=1.33ns,目前我们1G带宽的示波器DPO7104的Rt=300ps都可大大满足需求,为了方便测试而采用TDS7404,但是为了避免引入高频噪声的影响,Probe端我们选用1.5G带宽的P6245.•USB2.0测试:示波器选择TDS7404B,探棒选择P6248;USB2.0速率为480Mbps,Risetime=500ps,1/3*500=167ps,实际2.5G带宽示波器DPO7254的Risetime为160(10%-90%),即2.5G带宽以上示波器即可满足USB2.0的测试.