现代示波器高级应用：测试及使用技巧 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

现代示波器高级应用：测试及使用技巧
一、现代测量仪器技术的发展
二、示波器原理
三、数字示波器的主要指标
四、示波器对测量的影响
五、示波器探头原理
六、探头对测量的影响
七、使用触发条件捕获信号
八、示波器的数学函数
九、高速串行信号质量分析
十、电源完整性测试
十一、电源测试常见案例
十二、时钟测试常见案例
十三、示波器能用于射频信号测试吗？
十四、射频测试常用测试案例
十五、宽带通信信号的解调分析
十六、高速数字信号测试中的射频知识
十七、高速总线测试常见案例
十八、芯片测试常用案例
十九、其他常见测试案例
二十、大型数据中心的发展趋势及挑战
二十一、PCIe 3.0测试方法及PCIe 4.0展望
二十二、SATA信号和协议测试方法
二十三、SAS 12G总线测试方法
二十四、DDR3/4信号和协议测试
二十五、10G以太网简介及信号测试方法
二十六、10G CPRI接口时延抖动测试方法
二十七、100G背板性能的验证
二十八、100G光模块接口测试方法
二十九、400G以太网PAM-4信号简介及测试方法
一、现代测量仪器技术的发展
测试测量仪器是电子工程师进行产品设计和验证必不可少的工具，从1939年HP公司开始生产测量仪器并成为硅谷发源地以来，仪器行业一直见证和推动了电子技术的发展。
早期的仪器以特定功能的硬件为主体，用按键和旋钮进行控制，并用简单界面显示基本参数的测试结果。以频谱仪、信号源、矢量网络分析仪、示波器、万用表为代表的通用仪器奠定了电子测量行业的基石。传统的测量仪器如图1.1所示。
图1.1　传统的测量仪器
从20世纪80年代开始，由于处理器和操作系统性能的提升，传统仪表的硬件开始与软件分析功能融合。仪表中大量借助软件进行硬件特性修正或数据处理，甚至进行FFT变换或解调等复杂的分析。由于软件能力的提升，传统单一功能的测量仪表具备了强大的信号分析功能，而开放的Windows操作系统和计算机接口为功能扩展提供了良好的基础。现代的测量仪器如图1.2所示。
近些年来，随着云计算、大数据、物联网产业的发展，大量的数据传输需求迫使有线和无线传输网络的带宽快速提升。服务器端的接口速率每24个月增长一倍，100Gbps的接口已经在核心网和高端服务器上广泛应用，而下一代5G无线通信的信号速率也会达到1Gbps以上并采用毫米波技术。为了应对电子行业这些快速的变化和需求，现代的测量仪器中融合了大量微电子、数字信号处理、计算机、软件及移动互联领域的最新技术。
传统的测量软件完全依附于特定的仪器硬件平台上，一方面数据的后分析占用了大量仪器使用时间，另一方面软件中积累的测量经验不能得到更广泛利用。例如示波器的软件中集成了很多算法，小到如何根据信号电平的直方图分布统计高／低电平并计算上升时间，大到如何从高速串行码流中分解出随机抖动、确定性抖动并进行总线解码等，都是几代人积累下来的测量经验。为了更广泛地应用这些算法和工具，现代的测量软件已经可以独立于测量仪表本身。例如现代示波器的测试软件既可以安装在示波器中，也可以安装在个人计算机上，两者是同一套软件，具有同样的用户界面和分析算法。仪表采集的数据，可以直接在示波器上进行测量分析，也可以将波形数据通过U盘或网络复制到个人计算机或远程客户端上，再用测量软件打开分析。这种架构使得仪表的利用率得到有效的提升，也方便了数据的共享。
作为电子测量领域最广泛使用的测量工具，现代的示波器已经是一套非常复杂的分析调试系统，也是工程师做电路调试分析的有效工具。但遗憾的是，很多工程师朋友仅仅会使用示波器最最基本的功能，遇到复杂的问题时不能充分发挥手头工具的效力。而厂家提供的仪器使用手册、市面上流行的资料等则与用户的实际应用结合较差，读起来枯燥无味，无法很好地转化到日常使用中。本书素材来源于作者十多年来的积累，根据用户实际使用示波器的问题，结合实际应用，全面、系统地讲述了现代示波器在各种复杂应用场合的测试和使用技巧。
图1.2　现代的测量仪器
本书对于数字示波器的工作原理、探头类型及应用场合、触发电路使用技巧、测量方法、精度分析、电源测试方法、时钟测试方法、射频信号测试方法、信号完整性分析、波形分析技巧、数学函数使用、数据后处理、电路故障调试、芯片测试、高速总线测试等方面的真实应用案例进行了剖析和整理。
希望通过本书的介绍，使得广大工程师朋友们能够更好地理解和学会应用现代数字示波器的高级功能，以发挥示波器这种常用工具对于电路调试和分析的效用。
二、示波器原理
示波器（oscilloscope）是最经典、最通用的做时域波形测试的仪器。顾名思义，示波器就是显示波形的仪器。所谓波形，有很多种定义，如时域的波形、频域的波形等。对于示波器来说，其显示的波形是电压随时间的变化波形。在示波器的屏幕上，横轴是时间，纵轴是被测信号的电压，示波器上的波形反映的就是被测信号的电压随时间的变化轨迹。有时示波器也可以用来进行电流或光信号等的测量，但需要通过相应的探头或转换器转换成电压信号进行测试。也就是说，示波器的基本功能是显示被测信号的电压随时间的变化情况。图2.1是在示波器上看到的一个正弦波的信号波形。
图2.1　示波器上显示的时域波形
示波器可以显示被测点电压信号的变化，而分析了解被测件各个节点电压的变化情况是电子行业最基本的需求，因此示波器广泛应用于电子、通信、计算机、医疗、汽车、航天等各个行业中。也正因为这个原因，示波器是最通用，也是全球销售额最大的测量仪器，每年示波器的销售额都超过10亿美金。
示波器按其实现原理主要分为模拟示波器和数字示波器，按其采样方式分为实时示波器和采样示波器。有些示波器厂商出于市场宣传或者突出某种特点的目的给示波器起了不同的名称，或者增加了一些额外的测量模块（例如数字逻辑通道、频谱分析通道甚至函数发生器功能），但在大的基本结构上都没有脱离以上的基本分类。
1．模拟示波器
最早的示波器是模拟示波器，出现于20世纪40年代，第一代模拟示波器只有几MHz的带宽。模拟示波器都采用阴极射线管 ............

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