具體描述
編輯推薦
本書深入剖析瞭現代示波器的架構，並通過近百個經典案例及精美插圖，展示瞭現代示波器在實戰中的應用技巧。這裏不是簡單講如何操作使用，而是為瞭幫助您洞悉問題本質。
本書素材來源於作者十多年來的積纍，根據一綫工程師實際使用示波器的問題，結閤典型應用場景，全麵、係統地講述瞭現代示波器在各種復雜場閤的測試和使用方法。
希望通過本書的介紹，使得廣大工程師朋友們能夠更好地理解和應用現代數字示波器的高級功能，以發揮這種*常用的電子測量工具對於電路調試和分析的效用。
內容簡介
示波器是*廣泛使用的電子測量儀器。經過近一個世紀的持續技術革新，現代數字示波器已經是結閤瞭*新材料、芯片、計算機、信號處理技術的復雜測量係統。
本書結閤筆者近20年實際應用經驗，對現代數字示波器的原理、測量方法、測量技巧、實際案例等做瞭深入淺齣的解讀和分析。
本書分為三大部分： 第1~8章介紹現代測量儀器的發展、數字示波器原理、主要指標、測量精度、探頭分類及原理、探頭對測量的影響、觸發條件、數學函數功能等內容； 第9~19章結閤實際案例，介紹示波器在信號完整性分析、電源測試、時鍾測試、射頻測試、寬帶信號解調、總綫調試、芯片測試中的實際應用案例； 第20~29章側重高速總綫的一緻性測試，介紹數字總綫，如PCIe 3.0/4.0、SATA、SAS 12G、DDR3/4、10G以太網、CPRI接口、100G背闆、100G光模塊、400G以太網/PAM4信號的原理及測試方法。
本書可幫助從事高速通信、計算機、航空航天設備的開發和測試人員深入理解及掌握現代數字示波器的使用技能，也可供高校工科電子類的師生做示波器、電路測試方麵的教學參考。
作者簡介
李凱，畢業於北京理工大學光電工程係，碩士學位，中國電子學會高級會員，曾在國內知名通信公司從事多年數據通信及基站研發工作，對於通信、計算機等行業有深入認知，對信號完整性、嵌入式係統、高速總綫、可編程邏輯、時鍾、電源等電路的設計和測試有深刻理解。2006年加入安捷倫公司電子測量儀器部（現Keysight公司），負責高速測試儀器（如示波器、誤碼儀等）的應用和研究，長期和一綫電子工程師有密切接觸。作為高速測試領域的專傢，李凱利用業餘時間撰寫瞭大量關於測量原理及方法的文章，並發布在《國外電子測量技術》《電子工程專輯》等專業雜誌，同時在EDN China網站（現“麵包闆”社區）開設有技術博客及微信公眾號“數字科技”。
目錄
一、 現代測量儀器技術的發展
二、 示波器原理
1. 模擬示波器
2. 數字存儲示波器
3. 混閤信號示波器
4. 采樣示波器
5. 阻抗TDR測試
三、 數字示波器的主要指標
1. 示波器的帶寬
2. 示波器的采樣率
3. 示波器的內存深度
4. 示波器的死區時間
四、 示波器對測量的影響
1. 示波器的頻響方式
2. 示波器帶寬對測量的影響
3. 示波器的分辨率
4. 示波器的直流電壓測量精度
5. 示波器的時間測量精度
6. 示波器的等效位數
7. 示波器的高分辨率模式
8. 示波器的顯示模式
五、 示波器探頭原理
1. 探頭的寄生參數
2. 高阻無源探頭
3. 無源探頭常用附件
4. 低阻無源探頭
5. 有源探頭
6. 差分有源探頭
7. 有源探頭的使用注意事項
8. 寬溫度範圍測試探頭
9. 電流測量的探頭
10. 光探頭
六、 探頭對測量的影響
1. 探頭前端對測量的影響
2. 探頭衰減比對測量的影響
3. 探頭的校準方法
4. 探頭的負載效應
5. 定量測量探頭負載效應的方法
七、 使用觸發條件捕獲信號
1. 示波器觸發電路原理
2. 示波器的觸發模式
3. 邊沿觸發
4. 碼型觸發
5. 脈衝寬度觸發
6. 毛刺觸發
7. 建立/保持時間觸發
8. 跳變時間觸發
9. 矮脈衝觸發
10. 超時觸發
11.連續邊沿觸發
12. 窗口觸發
13. 視頻觸發
14. 序列觸發
15. 協議觸發
16. 高速串行觸發
17. 高級波形搜索
八、 示波器的數學函數
1. 用加/減函數進行差分和共模測試
2. 用Max/Min函數進行峰值保持
3. 用乘法運算進行功率測試
4. 用XY函數顯示李薩如圖形或星座圖
5. 用濾波器函數濾除噪聲
6. 用FFT函數進行信號頻譜分析
7. 用Gating函數進行信號縮放
8. 用Trend函數測量信號變化趨勢
9. 使用MATLAB的自定義函數
九、 高速串行信號質量分析
1. 顯示差分和共模信號波形
2. 通過時鍾恢復測試信號眼圖
3. 進行模闆測試
4. 失效bit定位
5. 抖動分析
6. 抖動分解
7. 通道去嵌入
8. 通道嵌入
9. 信號均衡
10. 均衡器的參數設置
11. 預加重的模擬
十、 電源完整性測試
1. 電源完整性測試的必要性
2. 電源完整性仿真分析
3. DC�睤C電源模塊和PDN阻抗測試
4. DC�睤C電源模塊反饋環路測試
5. 精確電源紋波與開關噪聲測試
6. 開關電源功率及效率分析
7. 電源係統抗乾擾能力測試
十一、 電源測試常見案例
1. 交流電頻率測量中的李薩如圖形問題
2. 電源紋波的測量結果過大的問題
3. 接地不良造成的電源乾擾
4. 大功率設備開啓時的誤觸發
5. 示波器接地對測量的影響
十二、 時鍾測試常見案例
1. 精確頻率測量的問題
2. GPS授時時鍾異常狀態的捕獲
3. 光縴傳感器反射信號的頻率測量
4. 晶體振蕩器頻率測量中的停振問題
5. PLL的鎖定時間測量
6. 時鍾抖動測量中RJ帶寬的問題
7. 時鍾抖動測量精度的問題
8. 如何進行微小頻差的測量
十三、 示波器能用於射頻信號測試嗎？
1. 為什麼射頻信號測試要用示波器
2. 現代實時示波器技術的發展
3. 現代示波器的射頻性能指標
4. 示波器射頻指標總結
十四、 射頻測試常用測試案例
1. 射頻信號時頻域綜閤分析
2. 雷達脈衝的包絡參數測量
3. 微波脈衝信號的功率測量精度
4. FFT分析的窗函數和柵欄效應
5. 雷達參數綜閤分析
6. 跳頻信號測試
7. 多通道測量
8. 衛星調製器的時延測量
9. 移相器響應時間測試方法
10. 雷達模擬機測量中的異常調幅問題
11. 功放測試中瞬態過載問題分析
12. 復雜電磁環境下的信號濾波
13. 毫米波防撞雷達特性分析
十五、 寬帶通信信號的解調分析
1. I/Q調製簡介
2. I/Q調製過程
3. 矢量信號解調步驟
4. 突發信號的解調
5. 矢量解調常見問題
6. 超寬帶信號的解調分析
十六、 高速數字信號測試中的射頻知識
1. 數字信號的帶寬
2. 傳輸綫對數字信號的影響
3. 信號處理技術
4. 信號抖動分析
5. 數字信號測試中的射頻知識總結
十七、 高速總綫測試常見案例
1. 衛星通信中僞隨機碼的碼型檢查
2. 3D打印機特定時鍾邊沿位置的數據捕獲
3. VR設備中遇到的MIPI 信號測試問題
4. AR眼鏡USB拔齣時的瞬態信號捕獲
5. 區分USB總綫上好的眼圖和壞的眼圖
6. 4K運動相機的HDMI測試問題
7. SFP+測試中由於信號邊沿過陡造成的DDPWS測試失敗
8. USB 3.1 TypeC接口測試中的信號碼型切換問題
十八、 芯片測試常用案例
1. 高速Serdes芯片功能和性能測試
2. 高速ADC技術的發展趨勢及測試
3. 二極管反嚮恢復時間測試
4. 微封裝係統設計及測試的挑戰
十九、 其他常見測試案例
1. 如何顯示雙脈衝中第2個脈衝的細節
2. 示波器的電壓和幅度測量精度
3. 不同寬度的脈衝信號形狀比較
4. 超寬帶雷達的脈衝測量
5. 通道損壞造成的幅度測量問題
6. 對脈衝進行微秒級的精確延時
7. 探頭地綫造成的信號過衝
8. 探頭地綫造成的短路
9. 阻抗匹配造成的錯誤幅度結果
10. 外部和內部50Ω端接的區彆
11. 低占空比的光脈衝展寬問題
12. 如何提高示波器的測量速度
13. 計算機遠程讀取示波器的波形數據
二十、 大型數據中心的發展趨勢及挑戰
二十一、 PCIe 3.0測試方法及PCIe 4.0展望
1. PCIe 3.0 簡介
2. PCIe 3.0 物理層的變化
3. 發送端信號質量測試
4. 接收端容限測試
5. 協議分析
6. 協議一緻性和可靠性測試
7. PCIe 4.0標準的進展及展望
二十二、 SATA信號和協議測試方法
1. SATA 總綫簡介
2. SATA 發送信號質量測試
3. SATA 接收容限測試
4. SATA�睧xpress（U.2/M.2）的測試
二十三、 SAS 12G總綫測試方法
1. SAS總綫概述
2. SAS的測試項目和測試碼型
3. SAS發送端信號質量測試
4. SAS接收機抖動容限測試
5. SAS互連阻抗及迴波損耗測試方案
二十四、 DDR3/4信號和協議測試
1. DDR 簡介
2. DDR信號的仿真驗證
3. DDR 信號的讀寫分離
4. DDR 的信號探測技術
5. DDR 的信號質量分析
6. DDR 的協議測試
二十五、 10G以太網簡介及信號測試方法
1. 以太網技術簡介
2. 10GBASE�睺/MGBase�睺/NBase�睺的測試
3. XAUI和10GBASE�睠X4測試方法
4. SFP+/10GBase�睰R接口及測試方法
二十六、 10G CPRI接口時延抖動測試方法
1. 4G基站組網方式的變化
2. CPRI接口時延抖動的測試
3. 測試組網
4. 時延測試步驟
5. 抖動測試步驟
6. 測試結果分析
7. 測試方案優缺點分析
二十七、 100G背闆性能的驗證
1. 高速背闆的演進
2. 100G背闆的測試項目
3. 背闆的插入損耗、迴波損耗、阻抗、串擾的測試
4. 背闆傳輸眼圖和誤碼率測試
5. 發送端信號質量的測試
6. 100G背闆測試總結
二十八、 100G光模塊接口測試方法
1. CEI測試背景和需求
2. CEI��28G�睼SR測試點及測試夾具要求
3. CEI��28G�睼SR輸齣端信號質量測試原理
4. CEI��28G�睼SR輸齣端信號質量測試方法
5. CEI��28G�睼SR輸入端壓力容限測試原理
6. CEI��28G�睼SR接收端壓力容限測試方法
7. 100G光收發模塊的測試挑戰
8. 100G光模塊信號質量及並行眼圖測試
9. 100G光模塊壓力眼及抖動容限測試
二十九、 400G以太網 PAM��4信號簡介及測試方法
1. 什麼是PAM��4信號？
2. PAM��4技術的挑戰
3. PAM��4信號的測試碼型
4. PAM��4發射機電氣參數測試
5. PAM��4的接收機容限及誤碼率測試
精彩書摘
三、數字示波器的主要指標
1.示波器的帶寬
帶寬是示波器最重要的一個指標，它決定瞭這颱示波器測量高頻信號的能力。前麵我們介紹過，示波器的帶寬主要由前端的放大器等模擬器件的特性決定。對於一般的放大器來說，其增益不可能在任何頻率下都保持一樣，示波器中使用的放大器也是如此。示波器中的放大器的工作頻點是從直流開始的，其增益隨著輸入信號的頻率增高會逐漸下降。一般把放大器增益下降-3dB對應的頻點稱為這個放大器的帶寬，示波器的帶寬也是用同樣方法定義的。圖3.1是示波器帶寬定義的示意圖。
圖3.1示波器帶寬的定義
對於一颱標稱帶寬為1GHz的示波器，假設輸入一個標準的50MHz、1V峰峰值的正弦波信號，在示波器上測量到的信號幅度為A；然後將輸入信號的幅度保持不變，頻率逐漸增加到1GHz，這時在示波器上測量到的信號幅度為B。如果20lg(B/A)的計算結果沒超過-3dB(例如為-2.8dB)，這颱示波器就是閤格的，否則就是不閤格的。對於示波器的帶寬檢定通常使用的也是這種方法。
需要注意的是，-3dB是按信號功率計算的，相當於信號的功率增益下降1/2。示波器實際測量的是電壓信號，功率與電壓的平方成正比，所以-3dB相當於示波器電壓的增益隨著頻率的增加下降到原來的0.707倍。因此，對於一個50MHz、1V峰峰值的正弦波信號，用1GHz帶寬的示波器測量到的幅度應該是1V左右，而如果被測信號的幅度不變但是頻率增加到1GHz，這時測量到的信號幅度可能隻有0.7V左右瞭。
從前麵的例子可以看齣，示波器並不是對帶寬內的所有頻率信號都保持相同的測量精度的，被測信號頻率越接近帶寬附近，測量結果的幅度誤差越大，如果這個幅度誤差超過瞭可以接收的範圍，就要考慮用更高帶寬的示波器進行測量。另外示波器也不是絕對不可以對超過帶寬的信號進行測量，如果被測信號的頻率隻是稍微超過瞭示波器的帶寬，雖然信號的衰減會比較大，但大概的頻率、周期等時間信息還是比較準確的(對正弦波信號)。
至於具體某個頻點的衰減是多大，需要準確知道示波器的頻響麯綫。一般示波器廠商在公開的場閤隻會提供帶寬指標而沒有具體的頻響麯綫，如果確實需要，可以通過用微波信號源配閤功率計掃描得到這條麯綫。
示波器的帶寬主要取決於前端的衰減器和放大器的帶寬，因此大的示波器廠商都有自己特有的技術來實現高的帶寬。以Keysight公司為例，其33GHz的示波器前端芯片采用InP(磷化銦)的高頻材料，並使用瞭MCM(Multi�睠hipModule)的多芯片封裝技術，打開其MCBGA(多芯片BGA)芯片的屏蔽殼後(見圖3.2)，可以看到其內部主要由5片InP材料的芯片采用三維工藝封裝而成。其中包含2片33GHz帶寬InP材料做成的放大器，可以同時支持2個通道的信號輸入；2片InP材料做成的觸發芯片以及1片InP材料做成的80GSa/s的采樣保持電路；所有芯片采用快膜封裝技術封裝在一個密閉的屏蔽腔體內。
圖3.2采用InP材料的示波器前端芯片
隨著信號頻率和數據速率的提高，對於示波器帶寬的需求越來越高。如果沒有能力設計高帶寬的放大器前端，或者現有的硬件技術無法提供足夠高的帶寬時，有時會采用一些其他的方式來提升帶寬，其中常用到的是DSP帶寬增強和頻帶交織技術。
DSP帶寬增強技術實際上是一種數字DSP處理技術。采用數字DSP處理技術的初衷並不是為瞭增強帶寬，而是為瞭進行頻響校正。一般寬帶放大器在帶內各個頻點的增益不一定是完全一緻的，所以寬帶放大器通常會有一個帶內平坦度指標衡量增益的波動情況。通過用數字技術補償頻響波動可以在帶內獲得比較平坦的頻響麯綫，獲得更準確的測量結果。進一步地，為瞭充分利用帶寬以外頻點的能量，可以通過數字處理技術把帶寬以外一部分頻率成分的能量增強上去，這樣-3dB對應的頻點就會右移，相當於帶寬提高瞭。圖3.3顯示瞭帶寬增強對係統頻響特性的改變。帶寬增強技術在提高帶寬的同時也會提升係統的高頻噪聲，所以這種技術雖然提高瞭帶寬，但增加瞭噪聲。帶寬增加越多，噪聲的放大比例越大。因此，帶寬增強技術雖然實現簡單，但不適用於大比例增加係統帶寬。反過來，用數字處理技術還可以根據需要壓縮帶寬。帶寬壓縮的同時一部分頻率成分的噪聲也被濾掉，所以在不需要高帶寬時可以降低係統噪聲。帶寬增強和壓縮技術在很多高端示波器上都有使用。
圖3.3DSP帶寬增強技術
除瞭DSP帶寬增強以外，頻帶交織技術也是另一種提升帶寬的方法。頻帶交織技術是在頻域上把信號分成兩個或多個頻段處理，例如把輸入信號分成低頻段和高頻段兩個頻段分彆采樣和處理，再用DSP技術閤成在一起。圖3.4是頻帶交織技術實現的原理。例如，假設放大器硬件帶寬隻能做到16GHz，而希望實現25GHz的帶寬，這就要把16GHz以下的能量濾波後用一個放大器放大後采樣，16~25GHz的能量經濾波、下變頻後再用另一個放大器放大後采樣。這種方法推廣開來可以3個頻段或4個頻段復用實現更高的帶寬。但是有射頻知識的人都知道，硬件上是做不齣來那麼理想的濾波器，正好把需要的頻率都放進來，同時把不需要的頻率分量都濾掉的，而且寬帶信號的下變頻的過程會産生非常多的信號混疊和雜散問題。因此，使用這種方法後，如果硬件電路設計和數學修正方法不好，在頻段的交界點附近會有很大的問題，最典型的錶現就是在頻段交界點附近噪聲會明顯抬高，信號失真明顯變大。
圖3.4頻帶交織技術實現原理
2.示波器的采樣率
被測信號經過示波器前端的放大、衰減等信號調理電路後，接下來就是進行信號采樣和數字量化。信號采樣和數字化的工作是通過高速的A/D轉換器(ADC，模數轉換器)完成的，示波器的采樣率就是指對輸入信號進行A/D轉換時采樣時鍾的頻率。
圖3.5數字采樣的概念
真正輸入示波器的信號在時間軸和電壓軸上都是連續變化的，但是這樣的信號無法用數字的方法進行描述和處理，數字化的過程就是用高速ADC對信號進行采樣和量化的過程。經過模數轉換後，在時間和電壓上連續變化的波形就變為一個個連續變化的數字化的樣點，如圖3.5所示。
在進行采樣或者進行數字量化的過程中，如果要盡可能真實地重建波形，最關鍵問題是在時間軸上的采樣點是否足夠密以及在垂直方嚮的電壓的量化級數。水平方嚮采樣點的間隔取決於示波器的ADC的采樣率，而垂直方嚮的電壓量化級數則取決於ADC的位數。
對於實時示波器來說，目前普遍采用的是實時采樣方式。所謂實時采樣，就是對被測的波形信號進行等間隔的一次連續的高速采樣，然後根據這些連續采樣的樣點重構或恢復波形。在實時采樣過程中，很關鍵的一點是要保證示波器的采樣率要比被測信號的變化快很多。那麼究竟要快多少呢？可以參考數字信號處理中的奈奎斯特(Nyquist)定律。Nyquist定律告訴我們，如果被測信號的帶寬是有限的，那麼在對信號進行采樣和量化時，如果采樣率是被測信號帶寬的2倍以上，就可以完全重建或恢復齣信號中承載的信息。
圖3.6是滿足奈奎斯特采樣定律的情況：被測信號的帶寬為B，示波器的采樣率為Fs。當用Fs的采樣率對帶寬為B的信號進行采樣時，從頻譜上看以Fs的整數倍為中心會齣現重復的信號頻譜，有時稱為鏡像頻譜。如果B
圖3.7是不滿足奈奎斯特采樣定律的情況：如果B>Fs/2或者說Fs<2B時，信號的各個鏡像頻譜可能會産生重疊，這時我們稱信號産生瞭混疊，混疊後無論采用什麼樣的濾波方式都不可能再把信號中承載的信息無失真地恢復齣來瞭。
圖3.6滿足奈奎斯特條件時采樣到的信號的頻譜
圖3.7不滿足奈奎斯特條件采樣時的頻譜混疊
更嚴重的混疊情況發生在示波器的采樣率低於被測信號頻率的情況下。為瞭更清楚地展示這個問題，下麵通過一個例子，看看對同一個正弦波信號用不同采樣率采樣時會發生什麼現象。
圖3.8和圖3.9是示波器分彆用20GSa/s的采樣率和5GSa/s的采樣率對1.7GHz的正弦波進行采樣並重建波形的情況，兩張圖都可以清晰看到原始信號的波形並可以相對準確地測量到信號的頻率等參數。
圖3.8用20GSa/s的采樣率對1.7GHz的正弦波采樣得到的信號波形
圖3.9用5GSa/s的采樣率對1.7GHz的正弦波采樣得到的信號波形
接下來所有情況不變，我們把示波器的采樣率分彆設置到2.5GSa/s和1GSa/s，此時1.7GHz的正弦波信號經示波器采樣和重建以後，在示波器屏幕上仍然能看到一個正弦波信號，但是仔細觀察會發現，這個正弦波信號的頻率的測量結果是分彆是800MHz和300MHz如圖3.10和圖3.11所示。這時就是産生瞭信號的混疊：雖然在示波器上仍然能看到一個波形，而且波形看起來沒有太大問題，但頻率是發生瞭搬移的，有時又稱為假波。
圖3.10用2.5GSa/s的采樣率對1.7GHz的正弦波采樣得到的信號波形
圖3.11用1GSa/s的采樣率對1.7GHz的正弦波采樣得到的信號波形
假波的特點是在屏幕上的顯示是不穩定的，而且隨著采樣率的變化波形的頻率會發生變化。如果被測信號是數字信號或者脈衝信號，其頻譜成分會更加復雜，這時不一定是信號頻率發生變化纔錶示産生瞭混疊，很多時候上升、下降沿形狀的不穩定的跳動也可能是由於信號混疊造成的。避免假波或混疊的根本方法是保證示波器的采樣率是被測信號帶寬的2倍以上。示波器前麵的放大器、衰減器等信號調理電路都有一定的帶寬，這就是示波器標稱的硬件帶寬，因此超過示波器帶寬的信號頻率成分即使能進入示波器內部也已經被衰減得比較厲害。現在的數字示波器的最高采樣率一般都可以保證采樣率超過示波器帶寬的2倍以上(考慮到示波器的頻響方式的不同，實際示波器的最高采樣率可能會是其帶寬的2.5倍或4倍以上)，但是在實際使用中，由於內存深度的限製，示波器有可能會在時基刻度打得比較長時降低采樣率，這時就需要特彆注意混疊或者假波的産生。如果實在需要采集比較長的時間同時又需要比較高的采樣率，可以考慮擴展示波器的內存深度或者采用其他的采樣方式(例如分段存儲)。
對於帶限的調製信號來說(例如1.7GHz的載波，調製帶寬為10MHz)，如果示波器的采樣率雖然不滿足信號載波頻率的2倍以上的要求，但是滿足信號調製帶寬2倍以上的條件。此時有可能采樣到的信號雖然載波頻率發生瞭搬移，但是信號的調製信息還完整保留，這時仍然可以對信號進行正確的解調。這種采樣方式有時又稱為欠采樣，在無綫通信的信號采樣中有廣泛應用。欠采樣實現瞭類似數字下變頻的效果，在欠采樣情況下，示波器可以用比較低的采樣率進行采樣，因此節約瞭內存深度，從而可以采集更長的時間，欠采樣是我們在進行信號解調時比較常用的一種采樣方式。但是注意的是，欠采樣也要滿足采樣率是信號帶寬2倍以上的條件，同時要保證混疊以後的信號頻譜不要跨越相鄰的奈奎斯特區間，因此需要慎重使用。
為瞭避免信號的混疊，放大器後麵A/D采樣的速率至少在帶寬的2倍以上甚至更高。隨著高帶寬示波器的帶寬達到瞭幾十GHz以上，目前市麵上根本沒有能支持這麼高采樣率的單芯片的ADC，因此目前市麵上高帶寬示波器無一例外都需要使用ADC的交織技術，即使用多片ADC交錯采集以實現更高的采樣率。
圖3.12是TI公司提供的一種對其高速ADC進行交織的實現方式(來源：www.ti.com)。在進行交織時，信號經放大後分為2路，送給2片ADC芯片采樣，2片ADC的采樣時鍾有180°的相位差。這樣在一個采樣時鍾周期內2片ADC共采瞭2個樣點，相當於采樣率提高瞭1倍。經2片ADC分彆采樣後，後續軟件在做波形顯示時需要把2片ADC采到的樣點交替顯示，從而重構波形。
圖3.12典型的ADC交織方式
要實現多片ADC的拼接，要求各片ADC芯片的偏置、增益的一緻性要好，而且對信號和采樣時鍾的時延要精確控製。偏置和增益的一緻性相對比較好解決一些，例如可以通過校準消除其偏置和增益誤差。但是信號和采樣時鍾的時延控製就比較難瞭，因為高帶寬示波器中使用的ADC的采樣時鍾的一個周期隻有幾十ps，ps級的誤差或者抖動都會造成非常大的影響。圖3.13顯示瞭當2片ADC的時鍾相位差不是理想的180°時對波形重建造成的影響。
圖3.13不理想的ADC芯片拼接帶來波形失真
當采用多片ADC在PCB闆上直接進行拼接時，由於PCB上走
圖3.14采樣保持後再進行信號分配的ADC拼接方式
綫時延受環境溫度、噪聲等影響比較大，很難實現精確的時延控製，所以在PCB闆上直接進行簡單的ADC拼接很難做得非常好。而對於示波器來說，由於其采樣率高達幾十GHz，因此幾個ps的走綫延時都會對係統性能産生非常大的影響。為瞭解決這個問題，比較好的方法是先進行采樣保持，再進行信號的分配和采樣。如圖3.14所示，由於采樣保持電路集成在前端芯片內部，在芯片內可以做很好的屏蔽和時延控製，所以采樣點時刻的控製可以非常精確。而送給PCB闆上各ADC芯片的信號由於已經經過采樣保持，所以信號會保持一段時間。這樣即使在PCB闆上的信號路徑或ADC的采樣時鍾有些時延誤差或抖動，隻要其範圍不超過一個采樣時鍾周期，就不會對采集到信號的幅度以及最後的波形重建造成影響。
3.示波器的內存深度
對於高速的數字實時示波器來說，由於其采樣率很高，這個高速的數據以現有的數字處理技術是不可能實時處理的。所以數字示波器在工作時都是先把信號采集一段到其高速緩存中，然後再把緩存中的數據讀齣來顯示。這段緩存的深度，有時也稱為示波器的內存深度，決定瞭示波器在進行一次連續采集時所能采集到的最長的時間長度。通常用以下公式計算示波器能夠一次連續采集的波形長度：時間長度=內存深度/采樣率。
需要注意的是，一般我們所說的示波器的內存深度是這颱示波器配置的最大內存深度。由於內存深度設置很深時示波器要處理的數據量很多，可能波形的更新速度會很慢。很多示波器廠商為瞭改善用戶使用的感受，默認會根據示波器時基刻度的調整自動調整所用的內存深度。而當內存深度增加到最大仍然不足以保證采集更長的時間時，示波器通常會自動降低采樣率以獲得更長的采樣時間。圖3.15是示波器中常用的調整時基刻度和波形水平位置的鏇鈕。
圖3.15示波器調整水平時基的鏇鈕
因此，在增加示波器的時基刻度時，很重要的一點是注意觀察示波器采樣率的變化。如果示波器的內存深度不足，在增大時基刻度時很容易造成采樣率的下降。如果要分析的是低速的信號，采樣率下降不會造成問題；但如果要分析的是高頻的信號、很窄的脈衝或者Burst的高速數據流，采樣率的下降就有可能造成信號的失真或者混疊。很多示波器也支持手動設置示波器的采樣率和內存深度，手動設置後示波器的采樣率和內存深度一般不會再隨著時基刻度的變化而變化，但是示波器能夠采集的最長的時間長度也定死瞭。圖3.16是一個例子，示波器的采樣率是80GSa/s，內存深度是800k樣點，總共采集的波形時間長度=(800k/80G)=10μs。
圖3.16以80GSa/s的采樣率采集800k樣點的波形
如果齣於保證測量精度的考慮，示波器的采樣率不能下降，但同時還想采集更長的時間長度，隻有擴充示波器的內存深度。由於示波器的內存是高速的緩存，而且大內存的管理對數據處理速度的要求也很高，需要專門的數據處理芯片，因此示波器的內存深度擴展的價格一般都非常昂貴。目前市麵上實時示波器中內存深度最多可以達到每通道2G采樣點。
4.示波器的死區時間
前麵介紹過，對於模擬示波器來說，由於沒有數據處理的中間環節，信號通過掃描直接在屏幕上顯示，除瞭迴掃的時間外，在信號捕獲和顯示上幾乎沒有間斷。而對於數字示波器來說，由於采樣率很高，現有的技術又無法對這麼大的數據量進行實時處理，所以采集完一段波形後必須停下來等待數據處理和顯示。如圖3.17所示，在這段處理和顯示的時間段內，示波器不響應觸發也不進行波形捕獲，因此這段時間稱為示波器的死區時間(DeadTime)。
圖3.17死區時間的概念
……
前言/序言
前言
寫在前麵——
人類的文明從使用和製造工具開始。
工具可能是原始人隨手抄起的木棒，也可能是現代孩童堆在牆角的樂高積木。作為電子工程師的眼睛，示波器是最普遍使用的電路調試工具。現代數字示波器不隻是用於簡單的波形觀察，而是一套非常復雜的信號采集和分析係統。但遺憾的是，無論在國內還是國外，很多介紹示波器的圖書與實際工作結閤不好且跟不上時代的技術更新，而大部分講操作的資料讀起來又空洞無味，很少能站在實際應用的角度去解讀示波器。
有次和一位工程師朋友聊天，他聊到買瞭很多很好的儀器，但是很多功能沒完全發揮齣來。“就像手機，我們隻用其中10%的功能。”“手機用兩年就過時瞭，你需要瞭解那麼多嗎？而且儀器都有操作手冊啊？”我反問。“儀器不一樣，雖然簡單使用都會，但實際問題韆變萬化，真碰到事兒還是解決不瞭。操作手冊好幾百頁，也不知道哪些部分與當前問題相關，現在節奏這麼快，哪來得及去一頁頁翻手冊。”
其實我一直不願寫一本特彆瑣碎的針對使用方法和技巧的書，總覺得格局不大，而且實際問題韆變萬化，也沒有一招鮮吃遍天的獨門秘籍。所以這本書不是類似市麵上一些從入門到精通的操作指南，也不會涉及很細節的操作步驟。我更想展示給大傢的是現代測量工具能夠實現的強大功能，以及碰到問題時的分析思路。我那位朋友的話打動我的一點在於：廣大工程師朋友確實需要一些這方麵的幫助。從資曆和經驗上，我確實是和使用示波器的各行各業工程師接觸最多的。時日越久，越覺責無旁貸。
無論是用扳手擰緊一顆螺絲釘，還是熬夜調試電路的故障，抑或是産品交付前的一次次設計修改，無不浸透著工程師的汗水。這些文章的總結和整理，就當是對廣大默默無聞、辛勤耕耘的工程師們日常工作的記錄和匯報吧。如果能對大傢的日常工作有些許幫助，就是額外的驚喜瞭。
逐有此書。
李凱2017年3月
用戶評價
我是一名剛開始接觸數字信號處理的在校研究生，之前對示波器的瞭解僅限於其基本的波形顯示功能。在學習過程中，我發現很多信號處理的算法和理論，都需要通過實際的信號來驗證，而示波器正是連接理論與實踐的關鍵工具。這本書的齣現，對我來說簡直是雪中送炭。它在“測試及使用技巧”方麵，提供瞭非常係統和深入的指導。我尤其喜歡書中關於“信號的完整性和精確性”的講解。在數字信號處理中，信號的質量直接影響到算法的準確性。書中詳細講解瞭如何通過示波器來評估信號的上升時間、下降時間、過衝、下衝等參數，以及如何通過優化電路設計和示波器設置來減小這些誤差。例如，書中關於“探頭補償”的講解，讓我明白瞭為什麼之前我的測量結果總是不準確，並且學會瞭如何進行正確的探頭補償。此外，書中關於“瞬態信號捕捉”的技巧，也讓我受益匪淺。在調試一些包含高速數字信號的係統時，經常會遇到一些偶發的、短暫的信號異常。過去，我隻能憑運氣去捕捉，效率非常低。通過學習書中介紹的觸發設置方法，我能夠更有效地捕捉到這些異常信號，從而快速定位問題。這本書讓我覺得，示波器不僅僅是一個測量工具，更是一個能夠幫助我深入理解信號、優化係統性能的“智能夥伴”。
評分這本書的內容，對於我這樣一個在工業自動化領域摸爬滾打多年的技術人員來說，絕對是“乾貨滿滿”。在實際工作中，我們經常需要對各種自動化設備中的傳感器信號、控製信號進行調試和維護。而示波器，就是我們解決很多疑難雜癥的“萬能鑰匙”。然而，很多時候，我們隻是將其作為一個基本的信號觀察工具，對於其高級功能的應用，瞭解得並不深入。這本書的齣現，徹底顛覆瞭我的認知。它在“現代示波器高級應用”方麵，提供瞭非常詳盡和實用的指導。我尤其欣賞書中關於“電源完整性分析”的內容。在工業自動化係統中，電源的穩定性至關重要，任何一點微小的波動都可能導緻整個係統失靈。書中詳細講解瞭如何利用示波器的各種功能，例如紋波測量、瞬態響應測試等，來準確評估電源的質量，並提供瞭一係列優化建議。這讓我能夠更主動地去發現和解決潛在的電源問題，而不是等到故障發生纔去亡羊補牢。此外，書中關於“頻率響應測量”的講解，也讓我受益匪淺。在調試一些控製係統時，理解係統的頻率響應特性非常重要。通過書中提供的測試方法，我能夠利用示波器來準確地測量係統的頻率響應麯綫，從而更有效地進行係統調優。這本書的價值在於，它將示波器的強大功能與實際工程應用緊密結閤，為我們這些一綫技術人員提供瞭解決實際問題的有力武器。
評分這本書的內容著實令我驚嘆，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一本“示波器使用藝術”的指南。作為一名在科研院所從事信號處理研究的研究者，我每天都與各種復雜的信號打交道，而示波器是我最常用的工具之一。然而，在麵對一些前沿的、挑戰性的研究課題時，我總覺得現有的示波器應用技巧還不足以完全滿足我的需求。這本書在“高級應用”方麵的深度和廣度，都遠遠超齣瞭我的預期。它詳細講解瞭如何利用示波器的“實時頻譜分析”功能，來研究信號的頻域特性，以及如何通過數學運算功能，將時域信號轉換為頻域信號進行更深入的分析。這一點對於我研究信號調製、頻譜泄漏等問題非常有幫助。書中還介紹瞭許多非常前沿的應用，例如如何利用示波器進行“功率譜密度”的測量，以及如何通過示波器來分析信號的“瞬時頻率”變化。這些都是我過去難以獨立完成的任務。更重要的是，書中提供瞭一些非常精妙的“測試技巧”，例如如何利用示波器的“觸發序列”功能來捕捉非常罕見的信號事件，以及如何通過“多通道同步采集”來研究信號之間的耦閤關係。這些技巧讓我能夠更深入地洞察信號的本質，為我的研究提供瞭強有力的支持。這本書的價值，在於它不僅僅停留在“怎麼用”的層麵，更是深入到“為什麼這麼用”以及“如何用得更好”的層麵，讓我受益匪淺。
評分我是一個初涉硬件調試的學生，之前接觸示波器更多的是在課堂上，老師演示一些基礎的波形測量，感覺它就是一個“放大鏡”，能看到電信號的樣子。但真正拿到示波器自己動手的時候，就常常感到力不從心，很多時候測到的波形一團糟，根本不知道問題齣在哪裏，更彆提解決。這本書的齣現，讓我對示波器有瞭全新的認識。它並沒有一開始就拋齣大量專業術語，而是從一個非常基礎但卻至關重要的概念講起，比如“信號的真實性”。這一點我之前從未深入思考過，總以為示波器測到的就是信號本身。書中通過大量的實例，展示瞭探頭、衰減比、帶寬等因素如何影響測量結果，甚至會産生誤導。這讓我意識到，想要正確地使用示波器，首先要理解它本身的工作原理以及可能存在的“測量陷阱”。我最受益的章節是關於“瞬態信號捕捉”的部分，它詳細介紹瞭如何設置觸發條件，纔能有效地捕捉到那些稍縱即逝的異常信號。我曾經因為觸發設置不當，多次錯過關鍵的毛刺信號，導緻問題一直無法定位。這本書中的觸發技巧，比如邊緣觸發、脈衝觸發、欠幅觸發等，配閤具體的案例分析，讓我掌握瞭“大海撈針”的方法。而且，書中還提供瞭很多實用的測試技巧，比如如何使用光標和測量工具進行精確的數據分析，如何利用示波器的數學運算功能來處理信號等等。我感覺這本書就像一個寶藏，每次翻閱都能發現新的驚喜，讓我對自己未來的硬件學習之路充滿瞭信心。
評分我是一名業餘的電子愛好者，平時喜歡搗鼓一些小玩意兒，尤其是對音頻設備和一些復古電子産品的修復很感興趣。一直以來，我都覺得示波器是一個非常專業的工具，價格不菲，操作也復雜，所以一直沒有真正入手。直到我發現瞭這本書，它讓我看到瞭示波器在愛好者領域的巨大潛力。這本書的“高級應用”部分，雖然涉及一些專業內容，但它的講解方式卻非常接地氣，讓我這個非專業人士也能看得懂，並且能從中獲得啓發。我尤其喜歡書中關於“瞬態信號捕捉”和“周期信號抖動分析”的內容。在修復一些老舊的電子設備時，經常會遇到一些偶發的故障，比如間歇性的雜音或者短暫的信號丟失。過去，我隻能憑感覺去猜測問題所在，效率非常低下。這本書詳細講解瞭如何利用示波器的各種觸發模式，以及如何設置捕捉時間，來準確地捕捉到這些短暫的信號異常。這讓我能夠更精確地定位問題，例如，我曾經用書中介紹的方法，成功地捕捉到瞭一個導緻音頻設備産生爆音的微小脈衝信號，並且找到瞭其根源。此外，書中關於“信號失真度分析”的內容，也讓我對如何評估音頻信號的質量有瞭更深入的瞭解。過去我隻能憑耳朵去判斷，現在我可以通過示波器看到信號的諧波成分，從而更客觀地評估音質。這本書讓我覺得，示波器並非高不可攀，它也可以成為業餘愛好者提升技能、解決實際問題的強大助手。
評分一直以來，我對示波器的印象都是一個“觀察”工具，它能讓我們看到電信號的“樣子”，但如何從這個“樣子”中提取有用的信息，尤其是解決那些棘手的、偶發的、難以復現的問題，我總感覺力不從心。這本書就像一位經驗豐富的嚮導，帶領我進入瞭一個更廣闊的示波器應用世界。它不僅僅教你如何“看”，更教你如何“聽”，如何“解讀”示波器所傳達的信號“語言”。我尤其喜歡書中關於“邏輯分析”和“協議解碼”的章節。過去，當我在調試數字電路時，如果遇到通信協議的問題，我通常會感到非常頭疼，因為單個信號的波形看起來正常，但整體通信卻齣瞭錯。這本書詳細講解瞭如何利用示波器的邏輯分析功能，將多個數字信號同步起來，並且結閤協議解碼功能，直接將底層的通信數據可視化，這讓我能夠清晰地看到通信過程中到底哪裏齣瞭問題。比如，在調試I2C或SPI總綫時，過去我隻能通過猜測和反復嘗試來定位錯誤，現在我可以直接看到哪個地址被錯誤地寫入，哪個數據被錯誤地讀取，這種效率的提升是巨大的。書中還提供瞭一些關於如何設置觸發條件來捕捉特定協議事件的技巧，這對於調試復雜的嵌入式係統通信非常有幫助。總的來說，這本書讓我明白，示波器遠不止是一個模擬信號的觀察器，它更是理解和調試現代復雜數字係統的利器。
評分這本書簡直就是為我量身定做的！作為一名多年從事電子産品開發的工程師，我一直覺得示波器是一個強大但又有些神秘的工具。雖然基礎操作我早已爛熟於心，但總感覺在處理一些復雜的信號問題時，自己就像卡在瞭瓶頸，難以突破。市麵上關於示波器基礎的書籍不少，但大多停留在“怎麼操作”的層麵，很少有深入講解“為什麼這麼操作”以及“如何利用示波器解決實際問題”的。這本書的齣現，就像黑夜中的一盞明燈，照亮瞭我前進的道路。我尤其喜歡它在“高級應用”方麵著墨頗多，比如它詳細講解瞭如何利用示波器的頻譜分析功能來定位和解決EMI/EMC問題，這絕對是許多工程師頭疼的難題。書中舉例的案例非常貼近實際，不是那種脫離實際的理論推演，而是從我日常工作中可能遇到的場景齣發，一步步引導我思考，一步步教會我如何運用示波器的各種高級功能去診斷、去優化。例如，在分析電源完整性時，書中關於去耦電容的分析方法，讓我豁然開朗，過去我隻是簡單地測量波形，現在我懂得瞭如何通過示波器來判斷去耦電容的有效性，以及如何通過調整布局來改善電源噪聲。這本書的語言風格也很親切，讀起來不像是在啃一本枯燥的技術手冊，更像是在和一位經驗豐富的導師交流，他用最通俗易懂的語言，把最復雜的概念闡釋得明明白白。我強烈推薦給所有希望提升示波器應用水平的工程師！
評分這本書簡直就是我一直在尋找的“寶藏”。作為一名在嵌入式係統領域工作多年的開發者，我深知調試過程的艱辛。尤其是當涉及到硬件和軟件的交互時，問題的根源往往隱藏在信號層麵，而示波器就是我們揭開這些謎團的利器。我一直認為自己對示波器的使用已經相當熟練，但閱讀瞭這本書之後，我纔意識到自己之前的很多應用都隻是“淺嘗輒止”。書中關於“高級應用”的講解，讓我眼前一亮。例如，它詳細闡述瞭如何利用示波器的“協議分析”功能，去深入理解USB、Ethernet等復雜通信協議的底層細節。我過去在調試USB設備時，經常會遇到數據傳輸錯誤，但往往隻能通過猜測或反復修改代碼來嘗試解決。這本書提供瞭明確的測試流程和數據解讀方法，讓我能夠直接在示波器上看到USB協議中的握手過程、數據包結構，從而精準地定位錯誤是發生在硬件層麵還是軟件層麵。更讓我驚喜的是，書中還介紹瞭如何利用示波器的“抖動分析”功能，來評估高速數字信號的質量。在開發高性能的嵌入式産品時，信號抖動是影響係統穩定性的關鍵因素之一。通過書中詳細的講解，我學會瞭如何設置示波器進行抖動測量，並根據測量結果來優化電路設計和時序。這本書不僅提供瞭實用的技巧，更重要的是，它教會瞭我一種係統性的、深入的調試思路，讓我能夠更高效、更準確地解決復雜問題。
評分這本書對於我這種在研發一綫摸爬滾打多年的老兵來說，依然具有極高的價值。我習慣瞭用示波器來驗證設計的正確性，但說實話，很多時候隻是在做“已知驗證未知”，對於一些深層次的信號完整性問題，我更多依靠經驗和直覺，缺乏係統性的分析方法。這本書就恰恰填補瞭我的這塊短闆。它在“高級應用”部分，深入剖析瞭信號完整性分析的各個方麵，從阻抗匹配到串擾，從反射到損耗，都給齣瞭詳細的示波器測試和分析流程。我特彆欣賞書中關於“眼圖分析”的部分，它不僅僅是介紹瞭眼圖的形成，更重要的是講解瞭如何通過眼圖的各項參數（如眼高、眼寬、抖動等）來量化評估信號質量，以及如何根據眼圖的形態來判斷信號齣現的問題根源。這一點對我來說是革命性的，過去我對眼圖的理解僅僅停留在“這是一個閉閤的眼”的層麵，現在我能通過它來“讀懂”信號的“健康狀況”。書中還涉及瞭許多我之前很少接觸到的應用領域，例如射頻信號的測量和分析，以及一些高速數字接口的調試，這些都是我工作中的薄弱環節。通過學習書中提供的具體測試方法和數據解讀，我感覺自己正在逐步建立起一套更為嚴謹和科學的信號分析體係。這本書不僅僅是技巧的羅列，更重要的是傳遞瞭一種解決問題的思路和方法論，這對於任何一個希望在電子領域有所建樹的工程師來說，都是無價的。
評分作為一名在校的通信工程專業的學生，示波器是我學習生涯中不可或缺的實驗工具。在學校的課程中，我們接觸的更多是理論知識，而示波器作為實踐操作的載體，其深度應用對我們來說往往是一個挑戰。這本書的齣現，恰好解決瞭我們在理論與實踐之間架起一座橋梁的難題。它在“測試及使用技巧”方麵，提供瞭非常詳盡和實用的指導。我尤其欣賞書中關於“噪聲抑製與分析”的章節。在通信係統中，噪聲是一個永恒的敵人，如何有效地識彆和抑製噪聲，直接影響到係統的性能。書中不僅講解瞭不同類型的噪聲（如熱噪聲、散粒噪聲、耦閤噪聲等）的來源，更重要的是，它提供瞭利用示波器來量化這些噪聲，以及通過調整測試環境和示波器設置來最大程度地減小測量誤差的技巧。例如，書中關於如何正確接地、如何選擇閤適的探頭、如何利用示波器的平均功能來降低隨機噪聲的影響等內容，都給瞭我非常大的啓發。此外，書中關於“阻抗匹配”的講解，也讓我對信號在傳輸過程中的損耗有瞭更深刻的理解。過去我隻是知道阻抗匹配很重要，但具體如何通過示波器來驗證和調整，一直是個模糊的概念。這本書通過具體的圖示和步驟，讓我清楚地看到瞭阻抗失配帶來的信號反射，以及如何通過改變匹配網絡來改善這一狀況。這本書讓我覺得，示波器不再是冰冷的儀器，而是可以與我一起“對話”的智能助手，幫助我解決實際工程問題。
評分一本實踐性很好的書
評分看瞭兩章，內容詳細，深入淺齣
評分很專業的書籍，正版的
評分收到貨瞭，正品，還沒來得及看，彩色版不錯！
評分很好啊
評分貴，，，，，，，，
評分好書。
評分書不錯！！！謝謝！！！
評分現在京東送貨比原先慢瞭，書的一角磕破瞭，定價100多的書就是這麼扔的？
相關圖書
![民機飛行控製技術係列：現代飛機飛行控製係統工程 [Flight Control Engineering for Modern Airplane] pdf epub mobi 電子書 下載](https://pic.windowsfront.com/12179134/59143068Nb3c83b22.jpg)
本站所有內容均為互聯網搜尋引擎提供的公開搜索信息，本站不存儲任何數據與內容，任何內容與數據均與本站無關，如有需要請聯繫相關搜索引擎包括但不限於百度，google,bing,sogou 等
© 2025 book.coffeedeals.club All Rights Reserved. 靜流書站 版權所有