现代示波器高级应用--测试及使用技巧

现代示波器高级应用--测试及使用技巧 清华大学出版社内容简介示波器是最广泛使用的电子测量仪器。经过近一个世纪的持续技术革新,现代数字示波器已经是结合了最新材料、芯片、计算机、信号处理技术的复杂测量系统。本书结合笔者近20年实际应用经验,对现代数字示波器的原理、测量方法、测量技巧、实际案例等做了深入浅出的解读和分析。木书分为三大部分:第1~8章介绍现代测量仪器的发展、数字示波器原理、主要指标、测量精度、探头分类及原理、探头对测量的影响、触发条件、数学函数功能等内容:第9~19章结合实际案例,介绍示波器在信号完整性分析、电源测试、时钟测试、射频测试、宽带信号解调、总线调试、芯片测试中的实际应用案例:第20~29章侧重高速总线的一致性测试,介绍数字总线,如PCe3.0/4.0、SATA、SAS12G、DDR3/410G以太网、CPRI接口、100G背板、100G光模块、400G以太网/PAM4信号的原理及测试方法本书可帮助从事高速通信、计算机、航空航天设备的开发和测试人员深入理解及掌握现代数字示波器的使用技能,也可供高校工科电子类的师生做示波器、电路测试方面的教学参考。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售版权所有,侵权必究。侵权举报电话:010-6278298913701121933图书在版编目(CIP)数据现代示波器高级应用:测试及使用技巧/李凯编著.一北京:清华大学出版社,2017ISBN978-7-302-46838-7I.①现…Ⅱ.①李…Ⅲ.①示波器一基本知识Ⅳ.①TM935.3中国版本图书馆CIP数据核字(2017)第064232号责任编辑:文怡封面设计:李召霞责任校对:时翠兰责任印制:沈露出版发行:清华大学出版社FatiL:http://www.tup.comcn,http://www.wqbook.con地址:北京清华大学学研大厦A座邮编:100084社总机:010-62770175邮购:010-62786544投稿与读者服务:010-62776969, c-service(a tup. tsinghua.cdu.cn质量反馈:010-62772015, zhiliang tup. tsinghua.edu.cn课件下载http://www.tup.com.cn,010-62795954印装者:北京嘉实印刷有限公司经销:全国新华书店开本:185mm×260mm印张:27.25字数:664千字版次:2017年7月第1版印次:2017年7月第1次印刷印数:1~300定价:128.00元产品编号:07190901前Foreword写在前面人类的文明从使用和制造工具开始。工具可能是原始人随手抄起的木棒,也可能是现代孩童堆在墙角的乐高积木。作为电子工程师的眼睛,示波器是最普遍使用的电路调试工具。现代数字示波器不只是用于简单的波形观察,而是一套非常复杂的信号采集和分析系统。但遗憾的是,无论在国内还是国外,很多介绍示波器的图书与实际工作结合不好且跟不上时代的技术更新,而大部分讲操作的资料读起来又空洞无味,很少能站在实际应用的角度去解读示波器有次和一位工程师朋友聊天,他聊到买了很多很好的仪器,但是很多功能没完全发挥出来。“就像手机,我们只用其中10%的功能。”“手机用两年就过时了,你需要了解那么多吗?而且仪器都有操作手册啊?”我反问。“仪器不一样,虽然简单使用都会,但实际问题千变万化,真碰到事儿还是解决不了。操作手册好几百页,也不知道哪些部分与当前问题相关,现在节奏这么快,哪来得及去一页页翻手册。”其实我一直不愿写一本特别琐碎的针对使用方法和技巧的书,总觉得格局不大,而且实际问题千变万化,也没有一招鲜吃遍天的独门秘籍。所以这本书不是类似市面上一些从入门到精通的操作指南,也不会涉及很细节的操作步骤。我更想展示给大家的是现代测量工具能够实现的强大功能,以及碰到问题时的分析思路。我那位朋友的话打动我的一点在于:广大工程师朋友确实需要一些这方面的帮助。从资历和经验上,我确实是和使用示波器的各行各业工程师接触最多的。时日越久,越觉责无旁贷。无论是用扳手拧紧一颗螺丝钉,还是熬夜调试电路的故障,抑或是产品交付前的一次次设计修改,无不浸透着工程师的汗水。这些文章的总结和整理,就当是对广大默默无闻、辛勤耕耘的工程师们日常工作的记录和汇报吧。如果能对大家的日常工作有些许帮助,就是额外的惊喜了。逐有此书李凯2017年3月目录Contents现代测量仪器技术的发展示波器原理1.模拟示波器2.数字存储示波器3693.混合信号示波器4.采样示波器115.阻抗TDR测试16数字示波器的主要指标201.示波器的带宽2.示波器的采样率223.示波器的内存深度4.示波器的死区时间四、示波器对测量的影响321,示波器的频响方式2.示波器带宽对测量的影响343.示波器的分辨率4,示波器的直流电压测量精度395.示波器的时间测量精度406,示波器的等效位数427.示波器的高分辨率模式8.示波器的显示模式五、示波器探头原理1.探头的寄生参数492.高阻无源探头533.无源探头常用附件544.低阻无源探头575.有源探头6.差分有源探头7.有源探头的使用注意事项618.宽温度范围测试探头679.电流测量的探头10.光探头现代示波器高级应用—测试及使用技巧六、探头对测量的影响1.探头前端对测量的影响752.探头衰减比对测量的影响3.探头的校准方法794,探头的负载效应805.定量测量探头负载效应的方法七、使用触发条件捕获信号851.示波器触发电路原理852.示波器的触发模式873.边沿触发4.码型触发895.脉冲宽度触发6.毛刺触发7,建立保持时间触发918.跳变时间触发929,矮脉冲触发10.超时触发11.连续边沿触发12.窗口触发9613.视频触发14.序列触发9715.协议触发16.高速串行触发17.高级波形搜索101八、示波器的数学函数1021.用加减函数进行差分和共模测试1022.用 Max/ Min函数进行峰值保持1053.用乘法运算进行功率测试1064.用XY函数显示李萨如图形或星座图1085.用滤波器函数滤除噪声1116.用FFT函数进行信号频谱分析1137.用 Gating函数进行信号缩放1158.用 Trend函数测量信号变化趋势9.使用 MATLAB的自定义函数九、高速串行信号质量分析1221.显示差分和共模信号波形1222.通过时钟恢复测试信号眼图1243.进行模板测试1264.失效bit定位1275.抖动分析129目录6.抖动分解1307.通道去嵌入1338.通道嵌入9.信号均衡13910.均衡器的参数设置14111.预加重的模拟144十、电源完整性测试1461.电源完整性测试的必要性1462.电源完整性仿真分析1473.DC-DC电源模块和PDN阻抗测试1494.DCDC电源模块反馈环路测试1505.精确电源纹波与开关噪声测试1526.开关电源功率及效率分析15547.电源系统抗干扰能力测试155十一、电源测试常见案例1571.交流电频率测量中的李萨如图形问题1572.电源纹波的测量结果过大的问题1573.接地不良造成的电源干扰1624.大功率设备开启时的误触发1645.示波器接地对测量的影响165十二、时钟测试常见案例1671.精确频率测量的问题1672.GPS授时时钟异常状态的捕获1713.光纤传感器反射信号的频率测量1724.晶体振荡器频率测量中的停振问题1755.PLL的锁定时间测量1766.时钟抖动测量中RJ带宽的问题1797.时钟抖动测量精度的问题1808,如何进行微小频差的测量181十三、示波器能用于射频信号测试吗?1851.为什么射频信号测试要用示波器2.现代实时示波器技术的发展1863.现代示波器的射频性能指标1874.示波器射频指标总结192十四、射频测试常用测试案例1931.射频信号时频域综合分析1932.雷达脉冲的包络参数测量1933.微波脉冲信号的功率测量精度1974.FFT分析的窗函数和栅栏效应20V现代示波器高级应用—测试及使用技巧5.雷达参数综合分析2076.跳频信号测试2087,多通道测量2098.卫星调制器的时延测量2099.移相器响应时间测试方法21210.雷达模拟机测量中的异常调幅问题11.功放测试中瞬态过载问题分析21812.复杂电磁环境下的信号滤波22113.毫米波防撞雷达特性分析224十五、宽带通信信号的解调分析2261.Q调制简介2.Q调制过程2283.矢量信号解调步骤2304.突发信号的解调2365.矢量解调常见问题236,超宽带信号的解调分析242十六、高速数字信号测试中的射频知识244数字信号的带宽2442.传输线对数字信号的影响2453.信号处理技术2494.信号抖动分析2495.数字信号测试中的射频知识总结252十七、高速总线测试常见案例2531.卫星通信中伪随机码的码型检查2532.3D打印机特定时钟边沿位置的数据捕获2553.VR设备中遇到的MP信号测试问题2564.AR眼镜UsB拔出时的瞬态信号捕获2615.区分UsB总线上好的眼图和坏的眼图2636.4K运动相机的HDM测试问题2657.SFP+测试中由于信号边沿过陡造成的 DDPWS测试失败2708,UsB3.1 TypeC接口测试中的信号码型切换问题273十八、芯片测试常用案例2811.高速 Serdes芯片功能和性能测试2812.高速ADC技术的发展趋势及测试2853.二极管反向恢复时间测试2944.微封装系统设计及测试的挑战十九、其他常见测试案例3001.如何显示双脉冲中第2个脉冲的细节3002.示波器的电压和幅度测量精度301■Ⅵ目录3.不同宽度的脉冲信号形状比较3044.超宽带雷达的脉冲测量3085.通道损坏造成的幅度测量问题3106.对脉冲进行微秒级的精确延时3117.探头地线造成的信号过冲3138.探头地线造成的短路3159.阻抗匹配造成的错误幅度结果31610.外部和内部509端接的区别183111.低占空比的光脉冲展宽问题31912.如何提高示波器的测量速度32113.计算机远程读取示波器的波形数据323二十、大型数据中心的发展趋势及挑战326二十一、PCle3.0测试方法及PCle4.0展望3271.PCe3.0简介3272.PCe3.0物理层的变化3273.发送端信号质量测试3294.接收端容限测试3325、协议分析3346.协议一致性和可靠性测试3377.PCe4.0标准的进展及展望338二十二、SATA信号和协议测试方法3411.SATA总线简介3412.SATA发送信号质量测试3423.SATA接收容限测试3464. SATA-Express(U.2/M.2)的测试348十三、SAS12G总线测试方法3501.SAS总线概述3502.SAS的测试项目和测试码型3513.SAs发送端信号质量测试3524.SAs接收机抖动容限测试3545.SAS互连阻抗及回波损耗测试方案356二十四、DDR3/4信号和协议测试3571.DDR简介3572.DDR信号的仿真验证3573.DDR信号的读写分离3584.DDR的信号探测技术3635.DDR的信号质量分析3636.DDR的协议测试364Ⅶ现代示波器高级应用—测试及使用技巧十五、10G以太网简介及信号测试方法3671.以太网技术简介3672.10 GBASE-T/ MGBase-T/ NBase-T的测试3683.XAU和10 GBASE-CX4测试方法3734.SFP+/10 GBase-KR接口及测试方法374二十六、10GCPR接口时延抖动测试方法3771.4G基站组网方式的变化3772.CPR接口时延抖动的测试3783.测试组网3784.时延测试步骤3805.抖动测试步骤3826.测试结果分析3827.测试方案优缺点分析十七、100G背板性能的验证3851、高速背板的演进3852.100G背板的测试项目3863.背板的插入损耗、回波损耗、阻抗、串扰的测试3874,背板传输眼图和误码率测试3905.发送端信号质量的测试3926.100G背板测试总结392二十八、100G光模块接口测试方法3941.CE测试背景和需求3942.CE-28GVSR测试点及测试夹具要求3963.CE-28G-VSR输出端信号质量测试原理3974.CE|-28G-VSR输出端信号质量测试方法4005.CE|-28G-VSR输入端压力容限测试原理4026.CE28GVSR接收端压力容限测试方法4047.100G光收发模块的测试挑战408.100G光模块信号质量及井行眼图测试4079.100G光模块压力眼及抖动容限测试410二十九、400G以太网PAM4信号简介及测试方法4121.什么是PAM4信号?4122.PAM4技术的挑战4133.PAM4信号的测试码型4174.PAM4发射机电气参数测试4185.PAM4的接收机容限及误码率测试424