力科12位ADC高精度实时示波器WaveRunner HRO 6Zi的原理及应用.pptx

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沼充祝
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WaveRunnerHRO 6Zi 12 位 ADC 高精度实时数字示波器 --- 业内唯一美国力科公司上海代表处胡为东 18616350571 Derek.

1 WaveRunnerHRO 6Zi 12 位 ADC 高精度实时数字示波器 --- 业内唯一美国力科公司上海代表处胡为东最好的信号完整性最高的分辨率最低的电气噪声最大的测量精度 WaveRunnerHRO 6Zi 12 位 ADC 示波器, 业界唯一

2 主要内容 : 8 位 ADC 的示波器和 12 位 ADC 示波器的差别 12 位示波器的应用案例 WaveRunner HRO 6 Zi 的主要指标和特点介绍完整的探头方案总结 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 2

3 高分辨率示波器小电压和小电流探测系统典型的 8 位示波器在最高灵敏度时的底噪 WaveRunner HRO 6Zi 高精度示波器的底噪 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 3

4 最高分辨率 12 示波器的分辨率是 8 位示波器的 16 倍分辨率 = ADC 最大有效量化等级数 = 2 分辨率位数 ADC Resolution Number of Steps Dynamic Range db db Quantization Error Scope with low resolution Scope with high resolution WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 4

5 最高分辨率 12 位示波器能够检测到更小的信号波动 ADC 位数越高, 意味着能够测量越小的电压 Smallest Voltage Step Full Scale 8 bits 12 bits 80 V mv 19.5 mv 40 V mv 9.76 mv 20 V 78.1 mv 4.88 mv 8 V 31.3 mv 1.95 mv 4 V 15.6 mv 976 µv 1.6 V 6.3 mv 390 µv 800 mv 3.1 mv 195 µv 400 mv 1.56 mv 97.6 µv 160 mv 625 µv 39 µv 80 mv 313 µv 19.5 µv 40 mv 156 µv 9.76 µv 16 mv 62.5 µv 3.9 µv 8 mv 31.2 µv 1.95 µv 当测量一个 8 V 信号时, 12 位 ADC 示波器最小能够检测到的电压变化为 1.95 mv, 而 8 位 ADC 示波器的最小检测电压为 31.3 mv. WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 5

6 高分辨率示例 : 12-bit versus 8-bit 下表第一行显示了一个正弦波的幅度值第二行和第三行分别表示 12 位 ADC 示波器和 8 位 ADC 示波器的量化等级数. 示波器的垂直轴设置为 500mv/div. 幅度 [mv] 位量化等级数位量化等级数可以看到 8 位 ADC 示波器已经没有足够的分辨率去测量表的右半部分所对应的正弦波幅度. Respective screen shots of the measurements will prove this. WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 6

7 8 位和 12 位示波器的测量结果比较 8 Bit Scope 使用 8 位 ADC 的示波器和 12 位 ADC 的示波器测量一个五次振荡波的峰峰值虽然 8 位示波器和 12 位示波器都能够显示出波形的振荡情况, 但是从测量结果来看, 两者有非常明显的偏差. 12 Bit Scope WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 7

8 8 位和 12 位示波器的测量结果比较使用 WaveStream 模拟余辉显示方式可以看到 8 位示波器测量到的最后 3-4 个振荡波形几乎是一样的. 8 Bit Scope 12 Bit Scope WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 8

9 多频音 (Multi-tone)) 分析对一个双频音信号 (Two-tone) 的 FFT 分析可以显示出 12 位示波器比 8 位示波器能够带来多大程度上更高的动态范围 8 Bit Scope 12 Bit Scope WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/2011 9

10 深存储和高采样率使得捕获更快的信号和更慢的信号变得更加容易 256 Mpts/ch 可分析存储深度具有与 8 位示波器 WaveRunner6Zi 一样的分析能力每通道 2 GS/s 采样率以最好的分辨率和最高的采样率来捕获快速的信号在高达 10M/S 的采样率下捕获 30s 的信号进行异常问题分析和查找 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

11 55 db 信噪比 ( Signal to Noise Ratio) 信噪比 (SNR): 信噪比, 以 db, 为单位, 是指信号的 RMS 幅度与所有其它频谱分量 ( 不包括信号失真和偏移误差 ) 的 RMS 幅度的比值. 一个典型的 8 位示波器的 SNR 为 35 db, 一个典型的 12 位示波器的 SNR 为 55dB. ~ db SNR Typical 8-bit Oscilloscope 55 db SNR WaveRunner HRO 6 Zi 12-bit Oscilloscope WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

12 WaveRunnerHRO 6Zi 高精度示波器 12 位示波器的应用案例

13 12 位示波器的应用力科的 12 位示波器 WaveRunnerHRO 6 Zi 的应用高精度传感器 (sensors) 和螺线管 (Actuatior) 医疗器械 ( 医疗领域中很多信号如 EKG, 心电图信号或者 EEG, 脑电图信号, 都非常接近噪声, 因此必须要使用高精度的示波器来测量 ) 射频信号 / 调制信号电源测量... WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

转速的测量 (Revolutions PER minute,rpm) 高度差测量放电流量测量

14 高精度传感器和螺线管测量传感器和螺线管通常具有非常高的精度 8 位示波器只能够提供最大为 256 的量级的分辨率如果需要超过超过 256 量级分辨率的测量, 那么就将需要更高精度的示波器示例 : 转速的测量 (Revolutions PER minute,rpm) 高度差测量放电流量测量 (discharge flow-through measurements)... WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

15 高精度传感器和螺线管测量 8 Bit Scope 8 Bit Scope with ERES 12 Bit Scope 12 Bit Scope with ERES WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

16 高精度传感器和螺线管测量 Results: 高精度传感器和螺线管需要更高精度的示波器使用 8 位示波器测量高精度传感器和螺线管会有很明显的噪声为了得到更好的结果, 可以使用噪声滤波器 (ERES 增强分辨率函数 ) ERES 功能有时会滤除掉叠加在波形上的快速的振荡信号 ( 或者高频毛刺 ) WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

17 医疗应用测量医疗测量仪器必须能够探测到很低幅度的测量信号, 如心电图信号或者脑电图信号 8 位示波器由于没有足够的动态范围, 所以难以精确的测量到这样的信号 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

18 医疗应用测量 8 Bit Scope 8 Bit Scope with ERES 12 Bit Scope 12 Bit Scope with ERES WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

19 医疗应用测量 Result: 心电图等医疗领域中的信号非常接近与 8 位示波器的底噪只有使用噪声滤波器 (ERES) 功能才能够检测到此类微弱的信号, 但是信号质量仍旧很差重要的高频信号完整性问题信号如过冲或者下冲等只有使用 12 位 ADC 的示波器才能够测量得到 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

20 RF 信号 / 调制信号在时域捕获诸如 UWB OFDM IQ 信号时需要使用高带宽且具有高动态范围的 A/D 转换器 8 位示波器很难完成这样高动态范围的测量对于这类信号的测试, 需要很好的, 杂散动态范围 (SFDR), 这也是 8 位示波器的一个局限大部分这类信号需要在中频带进行捕获, 因此 WaverRunnerHRO 6Zi 有足够的带宽进行此类信号的测量 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

21 RF 信号 / 调制信号 Dynamic Spurious 78dB 44dB 89dB 80dB WaveRunner 6Zi 8bit WaveRunner HRO 6Zi 12bit WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

22 RF 信号 / 调制信号 Results: 对于大部分的应用来说, 400 MHz/600 MHz 的模拟带宽足以能够捕获中频带信号 12 位精度的示波器可以提供更高的动态范围 HRO 具有 >55 db 信噪比 (SNR) HRO 具有更好的杂散动态范围对于 IQ 信号, 矢量幅度误差 ( EVM ) 是一个重要的测量参数为了获得更好的矢量幅度误差 ( EVM) 测量结果, 测量仪器的如下几个参数至关重要 : 动态范围 (Dynamic range) 杂散动态范围 (Spurious free dynamic range ) 信噪比 (Signal to Noise Ratio) WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

23 电源测量电源测量主要包含两个参数的测量电流的测量电压的测量测量值的摆幅范围通常非常大且还必须要有足够的精度以观察到微小的电压或者电流的变化需要采集长时间的数据, 因为必须要确保采集到至少一个电源周期的信号, 因此需要测试仪器具有很深的采集存储深度一个回扫转换器的电压和电流测量使用 DA1855A 差分放大器和 AP015 电流探头进行高斜率 (dv/dt) 的差模电压测量 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

24 电源测量 8 位示波器的电压测量结果 12 位示波器的电压测量结果 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

25 电源测量开关电源测量开关电源由于其高效率低成本小尺寸的优点, 得到普遍应用. 图中显示的为负载产生微小的步进变化时的开关电源输出 Conventional 8 bit Scope 8 位示波器能够测量出电压输出的台阶变化但是只有 12 位示波器才能够清楚的显示出叠加在电压上的波动细节. 12 Bit HRO Scope

26 电源测量 Results: 使用 12 位高精度示波器可以捕捉到一些重要的下冲或者过冲功率计算 ( 电压 x 电流 ) 将更大的得益于高精度示波器的测量结果. 8-bit voltage x 8-bit current = 256 Points x 256 Points = 65,536 Points 12-bit voltage x 12-bit current = 4096 Points x 4096 Points = 16,777,216 Points 小幅度纹波只有使用高精度示波器才能够捕获到仅仅使用 ERES 功能增强分辨率同时也会将一些高频的振荡或者过冲等滤除掉 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

27 锁相环 (PLL) 应用锁相环 (PLL) 广泛应用于通信行业以获得时钟信号. 锁相环中一个重要的部分是压控振荡器 (VCO), 压控振荡器需要非常仔细的评估以获得最佳的性能. 压控振荡器的直流控制电压上的噪声会影响到压控振荡器的性能而减小锁相环滤波器的截止频率是减小直流控制电压上的噪声的方案之一. 然而这是以牺牲频率扫描率和测量精度为代价的.

28 锁相环 (PLL) 应用 8 位示波器测得的一个典型的压控振荡器 VCO 的波形. 8 位示波器的低分辨率和较大的噪声使得很难观察到压控振荡器控制波形上的噪声使用 12 位示波器测试同样的信号, 可以清楚的观察到叠加在压控振荡器控制电压波形上的噪声.

29 WaveRunner High Resolution Oscilloscopes Facts and Specifications

30 WaveRunner HRO 6 Zi 示波器 12 位 ADC 分辨率 15 位分辨率 ( 使用 ERES 增强功能 ) 55 db 信噪比 (SNR) 高精度 ± 0.5% 直流垂直增益精度深存储 256 Mpts/ch 具有高端示波器的分析工具函数 & 测量高级 FFT 抖动和时序测试 17 个串行信号解码和触发软件多级触发和基于测量功能的触发 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

31 WaveRunner HRO 6 Zi 示波器 400 MHz 和 600 MHz 两种带宽型号每通道 2 GS/s 采样率 1 mv 全带宽高达 ± 400 V 偏移能力 20 MHz, 100 MHz, 200 MHz, 350 MHz 带宽限制可用于进一步滤除噪声创新的 12.1 旋转触摸屏 WaveRunnerHRO 6 Zi 8/16/

32 WaveRunnerHRO 6 ZiOscilloscopes Model LeCroy LeCroy WaveRunner HRO 64Zi WaveRunner HRO 66Zi Bandwidth 400 MHz 600 MHz Channels 4 4 Resolution 12-bit 12-bit Sample Rate (All Ch) Standard Memory (per Ch.) 2 GS/s 2 GS/s 64 Mpts per Ch. 64 Mpts per Ch. HRO 6 Zi 存储选件 128 Mpts/Ch 256 Mpts/Ch 所有的适用于 8 位示波器 WaveRunner 6 Zi 上的串行数据, 函数, 测量, 以及分析软件选件都同样适用于 WR HRO 6Zi 上 Max Optional Memory (per ch) 256 Mpts/ch 256 Mpts/ch 完整的探头解决方案兼容于 8 位示波器和 12 位示波器 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

33 完善的探头解决方案 20 MHz to 1.5 GHz 差分探头 ZD500, ZD1000, ZD MHz, 1 GHz, 1.5 GHz Wide Dynamic Range Large Accessory options ADP300, ADP MHz, 200 MHz 1,000 VRMS Common Mode Voltage 1,400 Vpeak Differential Voltage ZD MHz Low Cost Perfect for Serial Data/ Automotive WaveRunnerHRO 6 Zi 8/16/

34 Summary 12 位分辨率 ( 当使用 ERES 增强分辨率功能时,15 位分辨率 ) 55 db 信噪比 (SNR) 小幅度的信号更加容易被准确的测量 ± 0.5% 直流垂直增益精度 1 mv 全带宽高达 ± 400 V 偏置能力 8 位示波器通常只有 ± 10 V ERES 限制了带宽而且会波形的形状发生改变使用 12 位示波器不打开 ERES 功能测量得到的结果比使用 8 位示波器测量且打开 ERES 功能的测试得到的信号更加真实既能够测量大幅度的信号, 同时又不会降低垂直分辨率从而不影响波形细节的观察 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

35 Thank you for your attention! 12 位 ADC 高精度型示波器 Any Questions? WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

36 Thank you again! 美国力科公司胡为东 WaveRunner HRO 6 Zi 8/16/

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CHCN_8-14_K.indd 是德科技三个理由让您选择深存储快响应示波器应用指南介绍 1. 更长的波形捕获时间 = / 1 1 Mpts 10 GSa/s 1 2 100 Mpts 10 1. = / 1 Mpts 10 GSa/s 1 ms 2. = / 100 Mpts 10 GSa/s 10 ms 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts 3 3. 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts? Agilent