原創 2017-12-31 為銳工作室
作為電子工程師，示波器使我們常用的電子測量儀器之一，其重要性不言而喻。但是有很多工作了幾年的電子工程師，甚至是硬件工程師，僅僅只會使用示波器來測量電壓信號，這樣就大大浪費了示波器的強大的功能。其實我們完全可以拿示波器當一個玩具，沒事的時候多去玩玩，熟悉示波器的各項功能，只要不被玩壞就行，哈哈，廢話不多說，不然容易被打飛。
這裡主要分以下幾本部分，闡述示波器常用的功能，大家可以根據需求選擇性的閱讀：
一.示波器觸發模式
二.示波器測量紋波
三.示波器x1和x10檔的選擇
四.示波器採樣率調整
五.為什麼示波器需要隔離
六.示波器測量頻偏
一.示波器觸發模式
示波器觸發模式常用的主要有兩種:
1.單次觸發（single）
單次，即只會觸發一次。這種模式下，設置好觸發條件後，示波器不斷掃描，在不滿足觸發條件的時候，屏幕上不會顯示掃描線。當滿足觸發條件的時候，示波器就會停止掃描，進入stop狀態。觸發後也會記錄下觸發前的一段時間的波形，可以通過調節‘T’點（觸發點）位置或者調節scale時間，方便觀察觸發前後一段時間的情況。
注意：scale如果調的比較大的話，觸發結果會需要比較長的時間顯示，比如下圖圖1，scale為100ms，即使上電就觸發了，也需要經過800ms才會顯示（100ms x 8格），如果scale調到1S，那就是8S了。
圖1
2.正常觸發（normal）
正常觸發模式和單次觸發模式有點類似，都是不斷的掃描，滿足條件的時候就會觸發，將結果顯示出來。不同的是，normal觸發後不會進入stop狀態，還會接著掃描，當再次觸發的時候，就會更新顯示掃描結果。
二．示波器測量紋波
一個產品的電源紋波是否滿足要求，直接決定了產品的穩定性，所以經常會利用示波器來測量電壓紋波。
下圖中圖2和圖3，是針對同一個電源測試的紋波，圖2測得的結果是352mV，圖3測得的結果是56mV，是什麼導致測量結果相差這麼大呢？
圖2
圖3
在電源紋波測量的時候，由於電磁輻射以及接地線比較長等原因，會導致引入很多高頻信號，所以在測量紋波過程中注意以下幾點：
1.設置示波器帶寬抑制20M（這是圖2和3的區別）
2.因為紋波屬於交流成分，所以通道耦合採用“交流”
3.示波器探頭選擇合適的檔位，一般情況下選擇x1檔位，如果電壓比較大，或者帶寬要求比較高時，選擇x10檔位，x10檔位帶寬會遠高於x1檔位。
4.選擇合適的量程，用10V的量程去測50mV的紋波，結果當然不對。
5.接地線越短越好，最好不要使用鱷魚夾線，用彈簧針。
三.示波器x1和x10檔的選擇
一般示波器都會有x1和x10兩個檔位選擇，選擇x1時，信號沒有經過衰減，選擇x10檔時信號衰減到了1/10，此時應將示波器讀數x10才為實際值，當然有些示波器可設置x10檔，以配合示波器探頭使用。一般情況下我們都會選擇x1檔測量，當測量電壓較高的時候，選擇x10檔。
在不明確電壓高低時，可先選擇x10檔測量，當明確電壓大小後再選擇合適的檔進行測量，以免損壞示波器。
X10檔的輸入阻抗要遠高於x1檔的輸入阻抗，所以對於驅動能力比較弱的信號波形，最好使用x10檔，不然有可能會改變信號的波形。比如測量晶振（無源晶振）引腳波形時，如果使用x1檔測量，相當於並聯了一個很大的負載，有的芯片驅動能力弱會直接停振。曾經就碰到過，I2C讀取芯片寄存器正常，但是示波器接上去就發現晶振沒起振，所以測量驅動能力較弱的信號時，最好使用x10檔。
四.示波器採樣率調整
有時候工程師們可能會需要測量一段不規則波形中的一段，但是時間又比較短，可能一閃而過，在這時候，一般的做法就是將示波器橫軸scale調大，調到幾百毫秒甚至幾秒，那麼問題來了，scale調大後，波形雖然採集到了，但是一放大就完全失真了，相關參數完全看不到。如圖4，本來一個很漂亮的方波，放大到10ms就完全失真了。
圖4
在這種情況下，我們需要調整示波器的採樣率，將採樣率調大，比如由原來的500次/秒調節到2.5M次/秒，那麼就變成了圖5這種情況，即使放大到100us仍然很漂亮。細心的工程師可能會發現，圖5中，放大到到100us後，採樣率應該自動變成5G次/秒的，但實際只有2.5G次/秒，那是因為示波器最大采樣率為2.5G次/秒。
如果將採樣率調的太高，有時候容易導致示波器卡頓，所以根據實際需求，調整到合適的採樣率為宜。
圖5
五.為什麼示波器需要隔離
有時候發現很多工程師喜歡用隔離變壓器對示波器進行隔離，那麼為什麼要對示波器進行隔離呢？如果這塊不注意，有可能玩著玩著真會被玩壞的。
示波器有兩根線，一根接在硬表筆上，一根接軟線上，就是那個鱷魚夾。很多工程師都認為，測量兩點電壓，就是將兩個線直接接在被測器件兩端，其實這樣做有時候很危險。示波器電源線如下圖6，分別是零線、火線和地線，示波器個通道那根軟線（鱷魚夾）內部是連在一起的，並且連到了電源線的地線上。
圖6
有時候為了精確測量電路板電源電流，於是在電源中串聯一個電1R阻，通過測量1R電阻兩端的電壓，計算出電源的電流。在測量時，有的工程師就直接將探頭接在了1R電阻兩端，這樣做，運氣好的話只是被測板子短路發燙，運氣不好的話，可能導致板子燒燬甚至更嚴重的情況。在這種情況下就需要對示波器加隔離，那麼為什麼加隔離就解決了問題呢?
如圖7，因為負端那根軟線是與示波器地線相連的，而1歐電阻兩端是均對地有電壓的，如果直接將示波器表筆夾在電阻兩端，相當於通過示波器測試線直接接地短路了，輕則板子工作不正常，重則有課能板子直接燒燬。（有些示波器本身已經做了隔離，所以沒關係）
解決辦法有：1.用隔離變壓器隔離，相當於將示波器軟線與電源地線隔離了，這樣就不會短路了。需要注意的是，因為示波器各通道地線內部是相連的，所以要保證其他表筆軟線沒有和板子GND或者其他地方相連，不然也會導致兩個表筆軟線測試點短路。2.可以採用兩個表筆，將兩個表筆地線一起接到板子GND上，然後用兩個表筆分別測量電阻兩端電壓。3.可以採用差分探頭，但是由於差分探頭比一般探頭貴很多，所以很多公司沒有。
圖7
六.示波器測量頻偏
有人問用示波器測量晶振（無源晶振）的頻偏可以嗎？我只能說“It depends！”，你要只是看看晶振有沒有起振，大概頻率是多少，那有什麼不可以的呢？但如果說一個芯片對時鐘要求很嚴格，要求30ppm，20ppm，比如一些解調解碼芯片，那用示波器測絕對是不準確的，因為示波器探頭帶有寄生電容。不是說你購買的晶振是20ppm，裝上去就是20ppm，這和外圍的負載電容是有密切關係的。
在這裡，因為我使用的示波器帶有頻譜儀的功能，所以順帶提一下如何用頻譜儀精確測量晶振的頻偏。測量方法如下：
1.保證晶振（無源晶振）外殼沒有接地，示波器探頭就近取地
2.設置頻譜儀中心頻率為所測晶振的頻率
3.設置SPAN寬度為1MHz，span比較小測量比較準確
4.將探頭正端點到無源晶振外殼，按peak鍵，標記最大點的頻率
5.為了獲取更準確的結果，可以逐步降低SPAN，重複步驟4，並讀取測量結果
如果測出來的頻偏超過了要求的頻偏，可以通過調節負載電容來調節頻偏，負載電容選擇合適的話，即使是30ppm的晶振，也能調節到10ppm以內。如果實際頻率偏大的話，可以稍微降低負載電容，如果實際頻率偏小的話，可以略微增大負載電容。
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