示波器的用途并不仅限于电子领域。在安装适当的传感器时示波器可以测量各类现象。传感器是一种针对物理激励生成电信号的器件，如声音、机械压力、压力、光或热。麦克风就是一种传感器，它把声音转换成电信号。图1说明了示波器可以采集的科学数据实例。

从物理学家到维修技师，每个人都离不开示波器。汽车工程师使用示波器，把来自传感器的模拟数据与来自发动机控制单元的串行数据关联起来。医学研究人员使用示波器测量脑电波。示波器的用途可以说是无穷无尽的。

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信号完整性的意义

对任何优秀的示波器系统来说，准确重建波形的能力都是关键，这种能力称为信号完整性。示波器类似于一台摄像机，它捕获信号图像，然后可以观察和解释信号图像。信号完整性的核心有两个关键问题:

在拍摄时，拍到的是不是实际发生事件的准确图像?

图像清楚还是模糊?

每秒可以拍摄多少张这么准确的图片?

示波器不同的系统和性能功能结合在一起，影响着其提供最高信号完整性的能力。探头也影响着测量系统的信号完整性。

信号完整性影响着许多电子设计学科。但直到几年前，它对数字设计人员来说还不是什么大问题。设计人员可以依赖逻辑电路，像布尔电路一样操作。当时，有噪声的、不确定的信号发生在高速电路中，RF设计人员还不用担心这些问题。数字系统开关速度慢，信号以可预测的方式稳定。

此后，处理器的时钟速率提高了几个量级。三维图像、视频和服务器I/O等计算机应用需要大量的带宽。当前大部分电信设备都基于数字方式，类似地要求大规模的带宽。数字高清电视也不例外。当前一代微处理器设备以高达2GS/S、3GS/s、甚至5GS/s(千兆样点/秒)的速率处理数据，某些DDR3存储设备则使用2 GHz以上的时钟及上升时间为35pS的数据信号。

重要的是，速度的提高一直渗透到汽车、消费电子、机械控制装置及各类应用使用的常用IC器件。

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为什么信号完整性是一个问题？

让我们看一下当前数字设计中信号劣化的部分具体成因。为什么现在这些问题比过去几年盛行得多了呢?

答案是速度。在“低速的旧时代”，保持可以接受的数字信号完整性只需注意细节就可以了，比如时钟分配、信号路径设计、噪声余量、负荷影响、传输线效应、总线端接解耦和配电。

必需指出的是，数字信号的边沿速度 -上升时间承载的频率成分可以高于其重复速率表明的频率。基于这一原因，某些设计人员故意寻求上升时间相对“较慢”的IC器件。

集总电路模型一直是预测电路中信号特点使用的大多数计算的依据。但是，在边沿速度比信号路径延迟快4-6倍时，简单的集总模型将不再适用。

在使用边沿速率不到4-6纳秒的信号驱动时，不管周期速率是多少，长仅6英寸的电路板轨迹变成了传输线。事实上，其创建了新的信号路径。这些无形连接并没有画在示意图上，然而却为信号提供了以不可预测的方式相互影响的手段。

有时候，即使是探头/仪器组合引入的错误也可能会给被测信号带来重大影响。但是，通过对实测值应用“平方和的均方根”公式，可以确定被测器件是否接近上升时间/下降时间故障。此外，最新的示波器工具采用专用滤波技术，反嵌测量系统对信号的影响，显示边沿时间及其它信号特点。

同时，预计的信号路径并没有以预计的方式工作。地平面和电压层(如上述信号轨迹)变成电感，工作方式类似于传输线，电源解耦的效果大大降低。EMI上升，因为边沿速度越快，相对于总线长度产生的波长越短，串扰越高。

此外，快速边沿速度要求整体更高的生成电流。更高的电流一般会导致地电平弹跳，特别是在一次开关多个信号的宽总线上。而且，更高的电流会提高辐射的磁能量及串扰。

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观察数字信号的模拟原源

这些特点有哪些共同点呢?它们都是典型的模拟现象。为解决信号完整性问题，数字设计人员需要步入模拟领域。为迈出这一步，他们需要工具能够显示数字信号和模拟信号怎样相互影响。

图2. 显示波形的X，Y和Z成分

数字错误通常源于模拟信号完整性问题。为追踪数字问题的成因，通常必需打开示波器，示波器可以显示波形细节、边沿和噪声，可以检测和显示瞬态信号，可以帮助您精确地测量定时关系，如建立时间和保持时间。通过触发并行或串行数据流中的具体码型，显示在时间上与指定事件对应的模拟信号，现代示波器可以帮助简化调试过程。

了解示波器内部的每个系统及怎样应用这些系统，有助于有效地应用示波器，处理具体的测量挑战。

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关于我们

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关键词:示波器

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来 源：日图科技

编辑：清风

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