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讨论 是德科技征文

惠普——数字示波器的先驱

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  • 2017-3-1 16:47:55
惠普!可能更多的联想到智能家电、打印机等办公用品。。。貌似与工业测量设备没啥关系。
但是!二十年前,却不是这样!晶体管图示仪!音频分析仪!数字示波器!每一样都是牛的一塌糊涂!
即便已经停产N十多年!她的晶体管图示仪仍然是许多企业的标配!虽然她是那么的。。。用工频变压器、老式金封三极管、老式阴极射线管显示器显示器和博物馆里和纪录片中才能见到的老式旋钮镶嵌的面板!用来检验先进IGBT、MOSFET!
已经停产数十年的HP8903B,仍然是与先进ATS2系统并联的最准确音频分析仪。至今;仍可以在二手市场达到万圆残值。

如果说;这些堪称经典,那么;惠普的数字示波器——开启了一个测量的新世界!

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  • 2017-3-1 17:13:57
 
早期的示波器;都是利用阴极射线管显示器的余辉特性,显示波形的。
当时;有两大类:标准余辉示波器和长余辉示波器。用胶卷拍照方式记录波形。

那时的科研研发机构,海鸥派双镜头相机、暗袋和暗室是标配部件。
用示波器观察波形。遇到需要记录的;在显示屏上扣上锥形拍摄筒,用相机拍下波形。
忙碌一天后,进入暗室;在伸手不见五指的暗室里摸装胶卷和洗片桶,在昏暗的红灯下曝光、显影、定影照片。。。
那时的许多工程师,不仅是科研专家;还是摄影达人。在药水的浸泡下;他们的手灵巧且有弹性却很少有光泽。

即便如此;标准示波器的所见波形,也只是显示的常态平均波形。根本无法发现,偶然发生了什么。更谈不上锁住波形了。

没法看单次波形了吗?方法是有的,那就是长余辉示波器。但是;条件是,这个波形是唯一一次且没有和别的波形重叠。
所以;这种示波器非常少见。对于电学;只有冲击电压、电流测量时使用。一般实验室没法用。

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  • 2017-3-1 17:21:22
 
这个问题;一直拖到七十年代,惠普等公司推出数字示波器为止,终于有了解决方案。并用十年时间;完成了数字示波器推广和换代。

记得;用过的最早一台数字示波器是1978年产惠普双通道示波器。
确切的说;那是台数字、模拟混合示波器!模拟测量带宽100M、数字带宽200kHz!

仍然是方形阴极射线管显示器显示!可以记录四个波形!可以当屏上1/4显示记录,下3/4显示实时测量。

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  • 2017-3-1 17:37:33
 
这个技术指标一直维持到九十年代初,新买的数字示波器典型指标仍然如此。

有人会问;200k带宽是啥鸟?能做啥?

好吧,这可是当时中国顶尖高校电力电子专业的顶配设备!当时;只有博士和博士后才有可能轮到用下。

她已经能让我们大体估计到某个波形出了问题。虽然频带是那么低、深度是那么短、设备那么稀有。

她是我们的观察波形从只能看大概率平均波形到单个波形。这个革命;如同人类看到细胞一样伟大。虽然看的不怎么清晰。视角也没那么宽。

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  • 2017-3-1 17:43:21
 
上个世纪九十年代,是电力电子的一次重要革命!

软开关技术诞生与成熟于此间!

高频无功补偿技术诞生且成熟与此!

尤其对并联型电路无功补偿技术研发,这种示波器有无可磨灭的贡献。

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  • 2017-3-1 18:05:26
 
这类示波器的概念,激发了一些人的梦想和激情。当时;就有人用高速AD、FPGA/CPLD、MCU、液晶显示屏研发数字手持示波器。
虽然限于显示屏的显示颗粒、采样精度、器件速度限制,波形不够细腻。但是;一个新时代诞生了。

至今;市场上还有大量这类手持示波器产品,为外出调试、数据分析、服务提供了着实的方便。

时至今日,如果能DIY一款这样的东东,相信每个经历者都能从中获得裨益!高频数、模电路设计及兼容、数字化锁存、记录和显示。高频、超高频低噪音放大及抗扰技术、图像处理及分析技术等等,每个都是技术黑洞。

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  • 2017-3-1 18:54:22
 
让我们分享下,你我对示波器的感受!
你用过哪些模拟、数字示波器?常用哪些功能?是咋样实现的?感觉如何?哪些最有特色?
比如;有特色的探头?特别的识别或计算功能?旋钮是否适手?是视窗显示还是其它?期待着你的分享


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  • 2017-3-2 12:04:44
 
如果从七十年代算起,数字示波器彻底改变了显示和观察方法及思想。

模拟示波器;如同连续播放的电影。我们能观看连续的波形却无法让“胶片停下”看个静止细节。

数字示波器,显示的是胶片片段而非连续的全部。但可以按条件“停下胶片”和回放。


深山老妖
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  • 2017-3-2 12:34:05
 
楼主讲得太精彩了!
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  • 2017-3-2 14:53:36
 
欢迎老妖光临!
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  • 2017-3-2 14:41:33
 
惠普缔造了一个数字*国,并将基础技术做到极直。包括IR等当时最牛的电力电子公司,将惠普示波器作为顶级实验室标准配置。
她的地位如同开启集成电路时代的仙童。
成功却迷失了方向。也是最终被安捷伦收购的直接原因。

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  • 2017-3-2 14:53:07
 
首先;基于硅半导体放大器趋于极致,达到了2.4G的特征频率。这样;示波器带宽被限制到了500M以下。
更要命的是;这种高频硅器件的噪音,在高频下被完全暴露,低的输入阻抗(尤其是容性阻抗)匹配困难。成了后级AD的噩梦。

精于高禁带射频技术的日系企业弯道超车了!这也是惠普滑下塔尖的开始。
那时;菊水、横河数字示波器取代惠普,渐渐成为标配二代。

在储存技术还不发达的上个世纪,这些数字二代采用了以ASIC为代表的并行数字处理技术,并用嵌入式微型打印机输出。
这样;首次实现了法定认可的直接输出波形记录。

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  • 2017-3-2 15:02:59
 
晒个当年做单级PFC时,用菊水数字示波器记录的波形:


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  • 2017-3-3 13:27:41
 
很有年代感了
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  • 2017-3-2 15:06:24
 
精于应用的日本企业,将应用层面提高到了新的极致。

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  • 2017-3-2 15:16:39
 
那时的美国还是美国!创新的基因不可战胜!
日本人只是玩转应用,没有创新;维持不了霸主地位。

力科!将示波器前放带入新型高禁带材料时代!
高频低噪音的磷化铟、氮化铝材料成为主流代表。

拥有新一代图像处理技术和专为电力电子开发的运算技术的力科,成为新热点。

在新材料和专业化应用提升,成为压垮惠普示波器业务的最后一根稻草。

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  • 2017-3-2 15:22:16
 
惠普这就完了?没有!
部门的夸下并不代表没有先进技术。积攒的几十年经验等都是相当有价值的财富。
她们迷失在塔顶!没有方向和道路!

其实;我们每个人何尝不是这样!
站在四面峭壁的山顶,欣赏着一览众山小的成功和美景,却迈一步就会跌下万劫不覆的深渊!

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  • 2017-3-2 15:31:08
 
惠普和安捷伦的结合,不得不说是最匹配的融合!
一个精于示波器技术,一个倚重射频通讯、高频模拟、数字应用。
诞生了最适合数字化通讯和数字处理的示波器。
余辉显示、数字列检测和数列异常触发模式。。。
专为射频开发的示波器探头和探头匹配技术。。。

诞生在2G、3G时代,不得不说恰逢其时!和敏锐准确的市场定位!

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  • 2017-3-3 10:07:45
 
四十年的发展,数字示波器功能越来越强大,已经翻天覆地的发展变化着。
中高端示波器已经几乎被数字式独霸。很可能;你已经是数字示波器老玩家,但是;你知道吗?使用数字示波器需要注意什么?

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  • 2017-3-3 10:25:09
 
这个问题;我们需要从数字示波器算法提起。

如同传统AD,数字示波器也是电压点采样。如果采样点足够密,这些点就能拼回原来波形。这就是数字示波器识别和显示波形的基础。
采样越密,还原度越高。

但是;问题来了。数字示波器的采样频率和每帧采样点都受物理器件的限制,不可能无穷大。那么;它的最高还原频率也将受到限制。

比如说,你要看看50Hz工频信号上叠加的30MHz噪音。那么;你能有几种看法?

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  • 2017-3-3 15:19:18
 
这里;就牵扯到一个技巧和储存深度的概念。
如果一帧波形的记录点是1k个。记录下一个50Hz正弦周期。那么;每个记录点的采样间隔是:
50Hz周期T=1/50=20mS
采点间隔Ts=20mS/1000=20uS

按照数模离散理论,这个参数的显示3dB还原频率为25kHz。实际上,能够让你能大体看出正弦的单周期点数至少是8个(五点法)。所以;你能意识到的噪音的最高频率是6.25kHz。

1k点;可能是许多低端示波器的典型指标。对于高端深储存示波器,点数通常可以达到10M,那么;可观测频率上限就可以达到62MHz。

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  • 2017-3-3 15:20:52
 
这就是八千大圆与30W大圆的本质区别!也是安捷伦等高端示波器的特色。
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  • 2017-3-3 15:39:21
 
从这个概念,数字示波器产品有了两个分支:
产线示波器和研发示波器。

相信大家都看到过电视机。只要不是趴在屏上看,很难区分1024与4k图像显示区别。换句话说,每帧1k显示点,在正常屏、视距比时,已经足够好了。

这种低深度示波器;由于是液晶显示,没有了玻璃真空器件,示波器不再那么怕磕碰,可以较安全的进入产线。且已经能很好的显示正常波形,为产线品控多了有力手段。

而深度储存示波器被用于研发等场合,以便于观察每个部分细节。

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  • 2017-3-3 17:44:29
 
讨论个小问题:
对于这种低频信号上叠加的高频波形,你是如何扑捉的?常用啥信号或条件作为触发条件?是用的正常触发、自动触发还是单次触发?

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  • 2017-3-3 17:49:33
 
从开始,就设置的是讨论贴。既然是讨论;就不会有标准答案。
尽情发挥想象,分享你的方法和想法!让我们共同用好数字示波器!
hwx-555
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总工程师
  • 2017-3-23 10:15:27
 
单次触发,并把捕捉点移到高频波形的太概位置
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  • 2017-3-23 10:33:48
 
hwx-555
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总工程师
  • 2017-3-24 08:04:10
 
许工有更好的办法也分享下
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  • 2017-3-29 15:23:53
 
比较喜欢用深储存示波器,扫一段后放大。逐个看波形
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  • 2017-3-5 00:12:02
 
示波器信号处理频率等要求相当高。占了系统成本很大份额。为了能在有限的采样下;做的更好,通常采用了插值法。
即按波形的总体规律,在两个采样点间插入一估算值。这样;波形有更好的完整性。

但是;电源波形很多是方波或类似三角波。在波形折点或突变沿就出现了非连续函数。特别是突跳沿,出现阶越函数。如果示波器计算能力有限,插值就会变为突跳极值。在波形上出现尖毛刺。

有些示波器在某些时候出现的一闪闪尖刺,很可能是假的!
FHXWT
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副总工程师
  • 2017-3-6 08:06:26
 
支持一下
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  • 2017-3-6 12:52:51
 
在我们使用示数字波器时,都有一个认识:
一般都有三种或更多的触发方式;标准(正常)触发啦、单次触发啦、自动触发。。。无论如何,总有一款适合你!

有没有时候,你有无法触发的经历?
比如;没有触发光标或能看到的触发条件?
hwx-555
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  • 2017-3-6 15:24:12
 
说惠普,家电和办公类的设备了解较多,也这么认为。最近用到它家一台HP8561E频谱分析仪,了解它和对比国产之类的那些,才大概了解到它的牛X之处。


zzq5008
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  • 2017-3-7 14:33:44
 
只是了解了惠普的笔记本电脑和打印机,示波器还没了解过。
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  • 2017-3-7 14:42:18
 
原来的惠普;就是现在的安捷伦早并购了。
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  • 2017-3-7 16:21:27
 
惠普真心不错
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  • 2017-3-10 15:44:46
 
讲了那么多理论;让我们实际看看采样点、算法与显示的关系。
注:每个品牌和系列产品的算法会有差异,显示也会不尽相同。建议大家也动手试试。
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  • 2017-3-10 16:04:06
 
以这个波形为例,观察一下。这是1万点采样显示波形:

A1.jpg
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  • 2017-3-10 16:07:35
 
将第二个窄脉冲放到1千点采样时的波形:

A2.jpg
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  • 2017-3-10 16:46:20
 
对于第二个窄脉冲;虽然采样量下降了一个量级,但是;单位时间的有效采样率提高,波形反到有了细节。但是;这个细节是真的吗?这可不一定。
我们继续用这个波形用其它模式显示一下。
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  • 2017-3-14 11:35:40
 
从这一简单测试发现,数字示波器储存深度会更全面的捕捉到波形和过程。但并不是捕的时间越长越好。适当的设置扫描时间可以达到更好的效果。
一般,如果不是非常偶然的事件,建议先用长时间铺作现象,以更方便的发现和观查。然后;用较短的扫描时间铺作细节。
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  • 2017-3-18 22:05:10
 
另外;合理的选择量程,会有更好的测量效果。
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  • 2017-3-29 16:26:13
 
分享一个用自动触发模式显示的叠波图。从图中,可以清晰看到IC工作在准谐振跳变状态。

A3.jpg
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  • 2017-3-29 16:32:03
 
触发电平不正确时,可能波形还能被触发到。但;会有错位叠加的问题。
A4.jpg
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  • 2017-3-29 16:38:25
 
余辉扫描模式。可以方便的看到波形的动态范围。例如PFM变化范围,功率管开关过渡过程趋势等。


A5.jpg
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  • 2017-3-29 16:49:01
 
用单次触发,捕捉的启动波形:

A6.jpg
世纪电源网-九天
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  • 2017-3-31 11:43:55
 
期待楼主继续讲
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  • 2017-3-31 16:46:36
 
作为电源测量用示波器,要求显示的越清楚越好。那余辉功能为哪班?
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  • 2017-3-31 16:55:04
  • 倒数10
 
首先;我们先提下啥是余辉。
       大家基本上都看过电影、电视等视频。这些视频;实际是连续闪现的一张张照片。每一张图像在人眼上快速叠加后,大脑就视作连续图像了。这个滞留叠加就是常说的视觉暂停。
       如果每一帧的图像都不是清晰的;留有前一图的部分或全部图像。人的大脑会怎么认为?
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  • 2017-3-31 17:00:47
  • 倒数9
 
那时,你看到的是:
绿荫场上的足球从屏上滑过时,象彗星一样拖着尾巴
美女眨巴的眼睛就根蜥蜴一样。。。

^_^
这个;叠加在现图上的前一图的像素就是图像残留。这种显示方式称为余辉显示。
xkw1cn
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  • 2017-3-31 17:03:18
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“余辉”实际上就是按条件不停的叠加显示的方式。显然;这种叠加若干波形的图像,大多时很难被称为清晰易读。

那么;对于电源波形测量,它的意义在哪里?
xkw1cn
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  • 2017-3-31 17:30:30
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看一张以典型余辉模式显示的波形图:
兰色的是栅驱动波形。这里;以它为触发同步信号,每格5V。玖色的是功率管D-S波形,每格100V。绿色的是电流波形,每格1A。

A7.jpg
xkw1cn
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  • 2017-3-31 17:36:48
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快下班了。先留个线索思考下它的用途和意义。
这就是传说中的;单级LLCPFC的实测波形。
hwx-555
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  • 2017-4-1 08:02:26
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更想看下单级LLCPFC的拓扑结构
xkw1cn
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  • 2017-4-1 09:18:07
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就是去了电解的LLC。主拓扑没有变化。
因要PFC,控制比较罗嗦,需要用高速MCU或ASIC做。
hwx-555
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  • 2017-4-1 11:35:36
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哦, 不知可不可以实现宽电压
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  • 2017-4-1 11:43:42
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没问题。可以85~265V满功率输出。
hwx-555
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  • 2017-4-1 13:31:17
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这样应该很有成本优势
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