懒人听书,我欲封天 耳根 小说 http://liyueju.com.cn Mon, 24 Dec 2018 07:35:35 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=4.8.25 八大技巧助您更好地進(jìn)行示波器探測（上） http://liyueju.com.cn/archives/555 http://liyueju.com.cn/archives/555#respond Tue, 08 Aug 2017 13:14:45 +0000 http://t24.izt8.com/?p=555
探測技術(shù)對于高質(zhì)量的示波器測量至關(guān)重要，而探頭通常是示波器測量鏈中的第一環(huán)。如果探頭的性能不足，就會在示波器上看到失真信號或誤導(dǎo)信號。為您的應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)奶筋^是進(jìn)行可靠測量的第一步。如何使用探頭也會影響您進(jìn)行精確測量的能力，以至于影響您獲得有用的測量結(jié)果。本應(yīng)用指南介紹8個重要技巧，幫助您為自己的應(yīng)用選擇適當(dāng)探頭，提高示波器探測能力。

技巧一
選擇無源探頭還是有源探頭？
對于中低頻（小于600-MHz）測量來說，無源高阻抗探頭是很好的選擇。這些探頭堅(jiān)固耐用且價格經(jīng)濟(jì)，具有寬動態(tài)范圍（大于300?V）和高輸入阻抗，從而和示波器的輸入阻抗相匹配。不過，和低阻抗（z0）無源探頭或有源探頭相比，無源探頭具有更高的電容負(fù)載，而且?guī)捿^低。總之，對于絕大多數(shù)模擬或數(shù)字電路的通用調(diào)式和故障診斷來說，高阻抗無源探頭都是一個極好的選擇。

對于在寬頻范圍上（大于?600?MHz）需要進(jìn)行精確測量的高頻應(yīng)用來說，最好選用有源探頭。有源探頭比無源探頭價格較高，并且其輸入電壓有限，但是由于它們的電容負(fù)載顯著降低，因而能使您更精確地觀察快速信號。

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▲圖1-1 用無源探頭和有源探頭測量具有 600 ps 上升時間的信號

在圖1-1中，我們看到的是采用600?MHz示波器（Keysight?DSO?9064A）測量具有500?ps?上升時間信號的屏幕快照。左圖是使用Keysight N2873A 500?MHz?無源探頭測量此信號的圖像。右圖是使用Keysight?N2796A?2?GHz?單端有源探頭測量同一信號的圖像。兩個圖中的黃色跡線均是信號在探測之前的曲線。綠色跡線是探測后的信號曲線，它與探頭的輸入相同。紫色跡線顯示的是測得信號，也可以稱為探頭輸出。

無源探頭在加載信號時會混入自身的電阻、電感和電容（綠色跡線）?；蛟S您希望示波器探頭不要影響被測件（DUT）的信號。不過，在本例中，無源探頭對被測件確實(shí)有影響。被探測的信號其上升時間由原來預(yù)期的600?ps?變?yōu)??ns，部分原因是由于探頭的輸入阻抗，另外還因?yàn)樵跍y量583-MHz?信號（0.35/600?ps?=?583MHz）時，探頭的帶寬只有500-MHz。

無源探頭的電感和電容效應(yīng)還會造成探頭輸出的過沖和波動。一些設(shè)計(jì)人員對這個數(shù)量的測量誤差并不在意，但對某些設(shè)計(jì)人員來說，這個數(shù)量的測量誤差是無法接受的。

我們看到，在將有源探頭（例如Keysight N2796A 2GHz有源探頭）連接到被測件時，該信號幾乎未受影響。信號特征在探測后（綠色跡線）和探測前（N2796A?2GHz跡線）幾乎完全相同。此外，信號的上升時間也未受探頭的影響，始終保持在555ps。另外，有源探頭的輸出（綠色跡線）也和探測得的信號（紫色跡線）相匹配，測得上升時間為預(yù)期的600?ps。N2796A?有源探頭的2?GHz帶寬、優(yōu)異的信號保真度及其低探頭負(fù)載使這一切成為可能。

技巧二
使用雙探頭檢查探頭負(fù)載
探測電路之前，先將一個探針連接到電路上的一點(diǎn)，然后再將第二個探頭連接到同一點(diǎn)。在理想狀況下，您應(yīng)看到信號無任何變化。如果信號產(chǎn)生變化，這個變化是由探頭負(fù)載引起的。在理想狀況下，示波器采用無擾線（具有無限的輸入電阻、零電容和零電感）連接到被測電路，它能對被測信號進(jìn)行精確復(fù)制。但在現(xiàn)實(shí)世界中，探頭是測量的一部分，它會向電路加載負(fù)載。如欲檢查探頭的負(fù)載效應(yīng)，首先要將探頭連接到被測電路或一個已知的步進(jìn)信號，另一端連接到示波器的輸入端。在示波器顯示屏上觀察此跡線，然后保存，再在顯示屏上調(diào)用以使跡線保留在顯示屏上進(jìn)行比較。稍后，將相同類型的另一個探頭連接到同一探測點(diǎn)，觀察在使用兩個探頭進(jìn)行探測時原始跡線有何變化。

2.png▲圖2-2 由長接地引線引起的探頭負(fù)載

為了更好地進(jìn)行探測，您可能需要對探測進(jìn)行調(diào)整，或者使用較低負(fù)載的探頭。例如本例中，縮短接地引線就能起到好的效果。在圖2-2?中，電路接地采用18?cm（7英寸）長的接地引線。
技巧三
使用前的探頭補(bǔ)償
大多數(shù)探頭在設(shè)計(jì)時都和特定示波器型號的輸入相匹配。不過，各個示波器之間也是略有差別，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也有差別。所以在將探頭連接到示波器的輸入端之前，一定要確保首先檢查探頭補(bǔ)償，因?yàn)榇颂筋^先前可能已經(jīng)過調(diào)整以便和不同的輸入相匹配。為了解決這個問題，大多數(shù)無源探頭都采用內(nèi)置補(bǔ)償RC?分壓器網(wǎng)絡(luò)。探頭補(bǔ)償是調(diào)整RC分壓器的過程，以使探頭維持在額定帶寬上的衰減率。

如果示波器能夠自動補(bǔ)償探頭性能，使用該功能將會非常有用。否則，可使用手動補(bǔ)償來調(diào)整探頭的可變電容。大多數(shù)示波器在前面板上都可提供方波參考信號以對探頭提供補(bǔ)償。您可將探針連接到探頭補(bǔ)償端接，再將探頭連接到示波器的輸入端。觀察方波參考信號，使用小螺絲刀對探頭進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整，以使示波器屏幕上的方波看上去像方波。

技巧四
低電流測量技巧
隨著當(dāng)前電池供電設(shè)備和集成電路變得越來越注重環(huán)保和高能效，工程師迫切需要高靈敏度的低電平電流測量能力，以確保電流消耗處于可接受的范圍之內(nèi)。需要精確測量功耗的主要應(yīng)用是無線移動設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等使用電池供電的應(yīng)用。為了盡量延長電池的使用時間，工程師需要最大限度降低產(chǎn)品在整個使用壽命中的功耗。功率定義為P?=?V?x?I。降低設(shè)備功耗的主要方法是在電源電壓固定不變的情況下，減少設(shè)備的平均電流消耗。

測量由電池供電的移動設(shè)備（例如手機(jī)或平板電腦）的電流消耗，最主要的挑戰(zhàn)是電流信號的動態(tài)范圍非常寬。移動設(shè)備通常需要在活動狀態(tài)（峰值電流非常高而且消耗得非?？欤┡c空閑或待機(jī)電流模式（只消耗極少直流和交流電流）之間來回切換。圖?4-1?顯示了在用GSM?手機(jī)打電話時測得的電流消耗?；顒訝顟B(tài)下的電源峰值高達(dá)?2?A?左右，而空閑模式中的電流消耗極小。

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▲圖4-1 用GSM手機(jī)打電話時測得的電流消耗

利用示波器測量電流，最簡單的辦法是用Keysight?1147B?或N2893A?等鉗形電流探頭直接監(jiān)測輸入被測器件的電流。可是，這種方法并不適合測量從不到1?毫安快速變到幾安培的小電流，因?yàn)殂Q形電流探頭的動態(tài)范圍和靈敏度都非常有限，僅有幾毫安。以測量手機(jī)電流消耗為例，空閑狀態(tài)下的電流由于受到探頭噪聲的掩蓋而很難測量。

而且，為獲得更精確的測量，工程師必須不定期地對探頭進(jìn)行消磁處理，以消除探頭核心的殘余磁性，并補(bǔ)償鉗形電流探頭的直流偏置。額外的校準(zhǔn)流程會使鉗形電流探頭更加難以使用。

插入新模板、收藏、復(fù)制，都是針對黑色方框進(jìn)行操作。最新的 Keysight?N2820A?系列高靈敏度電流探頭可以同時滿足寬動態(tài)范圍和高靈敏度電流測量需求。由于當(dāng)前的應(yīng)用環(huán)境要求測試裝置的外形必須極小，所以這些探頭還具有另一個優(yōu)勢――只需極小的空間便能與被測器件（DUT）建立物理連接。

最新的N2820A/21A?交流/?直流電流探頭具有示波器電流探頭中業(yè)界最高的靈敏度，可覆蓋最低50?uA、最高5?A?的電流范圍。

 

]]> http://liyueju.com.cn/archives/555/feed 0 如何了解數(shù)字信號頻譜和帶寬？ http://liyueju.com.cn/archives/552 http://liyueju.com.cn/archives/552#respond Tue, 08 Aug 2017 13:14:21 +0000 http://t24.izt8.com/?p=552 要進(jìn)行數(shù)字信號的分析，首要的原因是真實(shí)傳輸?shù)母咚贁?shù)字信號已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是教科書里理想的0/1電平。真實(shí)的數(shù)字信號傳輸過程中一定會有一些（甚至很嚴(yán)重的）失真和變形。如下圖所示紅色是我們期望的理想的數(shù)字信號波形，而黃色的則可能是真實(shí)的信號波形，可以看到信號上已經(jīng)由于震蕩（通常由于阻抗匹配不好）已經(jīng)發(fā)生了較大變形。其實(shí)在高速的情況下這已經(jīng)是比較好的信號波形了，很多時候信號的波形會比這個更加惡劣。

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要進(jìn)行數(shù)字信號的研究，首先要得到真實(shí)的數(shù)字信號波形，這就涉及到使用的測量儀器問題。觀察電信號的波形的最好工具是示波器，當(dāng)信號速率比較高時，一般所需要的示波器帶寬也更高。如果使用的示波器帶寬不夠，信號里的高頻成分會被濾掉，觀察到的數(shù)字信號也會產(chǎn)生失真。很多數(shù)字工程師會習(xí)慣用諧波來估算信號帶寬，但是這種方法不太準(zhǔn)確。

對于一個理想的方波信號，其上升沿是無限陡的，從頻域上看它是由無限多的奇數(shù)次諧波構(gòu)成的，因此一個理想方波可以認(rèn)為是無限多奇次正弦諧波的疊加。

 

 

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?但是對于真實(shí)的數(shù)字信號來說，其上升沿不是無限陡，因此其高次諧波的能量會受到限制。比如下圖是用同一個時鐘源分別產(chǎn)生的50Mhz和250MHz的時鐘信號的頻譜，我們可以看到雖然輸出時鐘頻率不一樣，但是信號的主要頻譜能量都集中在5GHz以內(nèi)，并不見得250MHz的頻譜分布就一定比50MHz的大5倍。

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對于真實(shí)的數(shù)據(jù)信號來說，其頻譜會更加復(fù)雜一些。比如偽隨機(jī)序列（PRBS）碼流的頻譜的包絡(luò)是一個Sinc函數(shù)。下圖是用同一個發(fā)射機(jī)分別產(chǎn)生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信號的頻譜，我們可以看到雖然輸出數(shù)據(jù)速率不一樣，但是信號的主要頻譜能量都集中在4GHz以內(nèi)，也并不見得2.5Gbps信號的高頻能量就比800Mbps的高很多。

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上面的兩張圖都是借助于頻譜儀測量得到的。雖然現(xiàn)代的數(shù)字示波器都已經(jīng)具備了數(shù)字FFT的功能可以幫助用戶觀察信號頻譜，但是由于ADC位數(shù)和動態(tài)范圍的限制，頻譜儀仍然是對信號能量的頻率分布進(jìn)行分析的最準(zhǔn)確的工具，所以數(shù)字工程師可以借助于頻譜分析儀對被測數(shù)字信號的頻譜分布進(jìn)行分析。當(dāng)沒有頻譜儀可用時，我們通常根據(jù)數(shù)字信號的上升時間去估算被測信號的頻譜能量。

Maximum signal frequency content = 0.4/fastest rise or fall time (20 – 80%)

Or

Maximum signal frequency content = 0.5/fastest rise or fall time (10 – 90%)

? 注：歷史上有很多根據(jù)數(shù)字信號的上升時間估算帶寬的估算公式，上面提供的公式是對于高速數(shù)字信號進(jìn)行帶寬估算最常用的方法。這個公式來源于霍華德先生寫的《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》這部經(jīng)典的信號完整性書籍。關(guān)于其具體的來源和含義也可以參考本人剛出版的《高速數(shù)字接口原理與測試指南》一書。

 

]]> http://liyueju.com.cn/archives/552/feed 0 秘笈：讓您的示波器測量質(zhì)量提升 1000 倍的絕招！ http://liyueju.com.cn/archives/549 http://liyueju.com.cn/archives/549#respond Tue, 08 Aug 2017 13:13:15 +0000 http://t24.izt8.com/?p=549 您是否希望示波器測量盡可能最好？不要滿足于普通的測量；只需正確選擇信號的顯示刻度，即可顯著提升測量質(zhì)量。為什么？ 因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸勇屎头直媛试跍y量中同樣重要。

采樣率受示波器水平刻度的影響。其公式為：

采樣率 = 存儲深度/采集時間長度

存儲深度是一個恒定值，采集時間長度（或跡線長度）是一個變量，取決于您的每格時間設(shè)置。隨著時間/格設(shè)定值增加，采集時間長度增加。由于這一切都必須適應(yīng)示波器的存儲深度，在某一點(diǎn)上，示波器的 ADC 將不得不降低采樣率。這實(shí)際上意味著什么？我們以 100 kHz 方波的頻率測量為例。我們知道頻率為 100 kHz 且非常穩(wěn)定，因此我們可以利用測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差來判斷測量的質(zhì)量。圖 1 將 100 kHz 方波的水平顯示刻度設(shè)置為滿刻度 20 毫秒。并且，示波器的采樣率已自動從 5 GSa/秒下降到 100 MSa/秒，以使整個跡線能夠保存到示波器的存儲器中。在大約 1500 次測量后，測量的標(biāo)準(zhǔn)方差為 1.49 kHz（約 1.5%）。

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但是，如果我們選擇更小的時間/格設(shè)置值，有效縮短采集時間長度并提高采樣率，看看會發(fā)生什么。圖 2 所示為同一信號，但水平刻度設(shè)為 1.2 微秒/格。標(biāo)準(zhǔn)方差現(xiàn)為 1.5 Hz，是我們之前測量結(jié)果的千分之一。

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所改變的只是信號的水平刻度以及示波器的采樣率。因此，選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ魉娇潭龋瑢τ跁r間相關(guān)測量的質(zhì)量有很大的影響。

與水平刻度對時間相關(guān)測量有影響一樣，垂直刻度也會對垂直相關(guān)測量（電壓峰峰值、RMS 等）產(chǎn)生影響。我們再次以同樣的 100 kHz 方波為例，來看看峰峰值電壓。圖 3 中的信號定標(biāo)為 770 毫伏/格。測量結(jié)果峰峰值的標(biāo)準(zhǔn)方差為 18 毫伏。將示波器的伏/格設(shè)置降至 66 毫伏/格，則測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差變成 1.22 毫伏。這幾乎改善了 15 倍！

 

 

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垂直刻度設(shè)置為什么會起到作用？通過設(shè)置信號刻度，使之盡可能填滿屏幕，我們就能完全利用示波器的分辨率優(yōu)勢。分辨率是 ADC 能夠達(dá)到多高精度的標(biāo)志。分辨率越高， ADC 能檢測的垂直電平數(shù)量越多。例如，下圖所示為一個 2 位 ADC。紅色正弦波是 ADC 的模擬輸入，藍(lán)色波形是數(shù)字化輸入。您可以看到，出現(xiàn)了四個不同的量化電平。

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此圖所示為 3 位 ADC 對同一模擬波形進(jìn)行數(shù)字化處理的結(jié)果。量化電平數(shù)越多， ADC 的數(shù)字輸出就越接近模擬輸入。

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如果垂直定標(biāo)的信號只填充了示波器屏幕的一部分，那么您實(shí)際上沒有充分利用 ADC 的分辨率。例如，如果您將信號定標(biāo)至占據(jù) 3 位 ADC 屏幕的一半，那么在信號上方和下方您會分別留下兩個未使用的量化電平。這意味著，您的 3 位 ADC 只能使用四個量化電平，相當(dāng)于一個 2 位 ADC 的精度。

了解如何正確地設(shè)置示波器信號顯示刻度，能極大地改善您的測量質(zhì)量。適當(dāng)?shù)乃蕉?biāo)會顯著改善時間相關(guān)測量的質(zhì)量，而適當(dāng)?shù)拇怪倍?biāo)則會對垂直相關(guān)測量產(chǎn)生積極影響。下一次使用示波器時，請記?。赫_設(shè)置信號刻度，可以獲得最佳的測量結(jié)果！

 

 

]]> http://liyueju.com.cn/archives/549/feed 0 測量 RFID 標(biāo)簽的特性 http://liyueju.com.cn/archives/341 http://liyueju.com.cn/archives/341#respond Tue, 25 Jul 2017 08:57:50 +0000 http://t24.izt8.com/?p=341 量測低頻 RFID 標(biāo)籤的特性
使用 Keysight N9322C 基礎(chǔ)頻譜分析儀（BSA）

 

摘要

無線射頻識別（RFID）標(biāo)籤的共振頻率是決定標(biāo)籤和讀取器之間有效通訊距離的關(guān)鍵因素。藉由使用 Agilent N9322C 基礎(chǔ)頻譜分析儀（BSA），您可輕而易舉地量測 RFID 標(biāo)籤的共振頻率。

 

RFID 標(biāo)籤簡介

RFID 標(biāo)籤是一種結(jié)合無線接收器和發(fā)射器的小型轉(zhuǎn)發(fā)器，同時也是無線
射頻識別（RFID）系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，負(fù)責(zé)在短距離內(nèi)傳送身份識別資訊。
一般而言，RFID 標(biāo)籤包含兩個部分，一部分是積體電路，用來儲存和處
理資訊，並且調(diào)變和解調(diào)變 RF 信號。另一部分是天線，用來接收信號並
發(fā)送到讀取器（參見圖 1）。

RFID 標(biāo)籤的共振頻率是影響讀取器和 RFID 標(biāo)籤之間有效通訊距離的關(guān)鍵
因素之一。工程師可用非接觸式耦合方法量測封裝後之 RFID 標(biāo)籤的共振
頻率。該頻率會反應(yīng)回返損耗特性曲線的負(fù)峰值。

 

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N9322C 是通用的射頻分析儀，可提供頻譜分析、傳輸量測，以及
反射量測等擴(kuò)充功能。此外，只要添加信號追蹤產(chǎn)生器（選項(xiàng) TG7）和
反射量測應(yīng)用軟體（選項(xiàng) RM7），N9322C BSA 還可以測試 RFID 標(biāo)籤的回返損耗特性：

? 選項(xiàng) TG7 信號追蹤產(chǎn)生器包含一個內(nèi)建的 VSWR 電橋，讓您能輕鬆使
用 N9322C BSA 執(zhí)行反射量測。相較之下，其他分析儀需使用外部電橋
才能進(jìn)行相同的量測。

? 另外，N9322C 的反射量測模式採用精密的開路 – 短路 – 負(fù)載（OSL）
校驗(yàn)程序，大大減少了系統(tǒng)誤差。

 

 

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N9322C 基礎(chǔ)頻譜分析儀（BSA）是經(jīng)濟(jì)有效的通用型射頻分析儀，
除了提供通用的頻譜分析功能外，還提供單埠向量網(wǎng)路分析，以及選配
的信號追蹤產(chǎn)生器和內(nèi)建的 VSWR 電橋。

在 RFID 設(shè)計(jì)過程中，您可使用 N9322C BSA，輕易量測讀取器的頻率
和功率輸出。藉由使用信號追蹤產(chǎn)生器（選項(xiàng) TG7）和反射量測應(yīng)用軟體
（選項(xiàng) RM7），您還可以測試標(biāo)籤的回返損耗。

 

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