示波器基礎認識 COB 电子工程部S/I Team 2003

垂直 8 格 水平 10 格 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。 垂直 8 格 水平 10 格

Peak to Peak 0.707倍 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。 Peak to Peak 0.707倍

FREQUENCY VOLTAGE 1V 頻率讀值 -3db=0.707V 頻率寬度 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 : FREQUENCY VOLTAGE 1V 頻率讀值 -3db=0.707V 頻率寬度

(1GHz以上為0.40) TOP 90% AMPLITUDE 10% BASE 上昇時間 ( Tr ) 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) TOP AMPLITUDE 90% 上昇時間 ( Tr ) 10% BASE

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

信號的上昇時間 量測值 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： 信號的上昇時間 量測值

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 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%

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 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%

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 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%

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% 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。 (Tn,Vn) (T1,V1) (T2,V2) (T3,V3) . . . . . . . . . . . . . . . 每一個點皆包括時間與電壓數據

類比信號 週期 ( S ) = 1 / 頻率( Hz ) 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 類比信號 週期 ( S ) = 1 / 頻率( Hz )

取樣點 : P 取樣時間 ( S ) = 1 / 取樣頻率 ( S / S ) 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 取樣點 : P 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10~25Gs/s。 單擊取樣 ( SINGLE-SHOT )：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次。                

取樣點 : P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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。 取樣點 : P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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。 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。

水平 10 格表示記錄時間 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 水平 10 格表示記錄時間

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 ?

2Vs 輸出電壓為Vs 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。 以下圖例為直流電源分析： 示波器內阻 Ro=50ohm 2Vs 信號阻抗 Rs=50ohm 輸出電壓為Vs 示波器內阻等於信號內阻

~ 輸出電壓為Vs Vs 示波器內阻等於信號內阻 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗 ( TERMINAL ) 信號阻抗 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 Ro=50ohm 系統電容 接地電感 信號阻抗 Rs=50ohm 輸出電壓為Vs Vs ~ 示波器內阻等於信號內阻

Io 量測端電壓為Vs Vs Is 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。 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 Ro=1Mohm 測試棒內阻 Rp=9Mohm Io 量測端電壓為Vs Vs 信號阻抗 Rs Is 示波器內阻必須遠大於信號阻抗

~ Vs 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 ) 測試棒內阻 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 Ro=1Mohm 測試棒內阻 Rp=9Mohm 系統電容 接地電感 Vs ~ 信號阻抗 Rs 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。 時間(t) 電壓(V) +2.5V +0.5V +2.5V +0.5V 交流 +1.5V +1.5V 直流 阻抗匹配為 DC1M：直流＋交流信號。 表示方式  AC2V+DC1.5V

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。 時間(t) 電壓(V) +2.5V +0.5V 交流 +1.5V 直流 +1V -1V 表示方式  AC2V+DC1.5V 阻抗匹配為 AC1M：交流信號。

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。 測試棒正端 系統電容 測試棒電阻 示波器 內阻 測試棒負端 電源供應器 接地電感 電 源 線 AC110 / 220V 電源接地

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： 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 示波器內阻必須遠大於信號阻抗

~ Vs 信號造成上昇時間延遲 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。 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 系統電容 信號造成上昇時間延遲

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。 測試棒內阻 Rp=9Mohm 信號阻抗 Rs ~ 示波器內阻 Ro=1Mohm Vs 系統電容 接地電感 信號除造成上昇時間延遲並產生振盪

The end, thanks!