6系列和6系列B MSO示波器上削波警告如何帮助最小化削波影响（上）-电子发烧友网

前言

削波 (Clipping) 是示波器上一种不良状态，理解其对硬件分析、波形数据采集和自动测量时测试测量设置的影响至关重要。信号削波会导致示波器显示屏上波形失真，造成测量不准确或信号保真度损失。通过了解示波器如何处理削波，设计人员可以就测试设置做出明智决策，确保测试期间测量的准确性。

本文将介绍了削波概念、削波指示和警告，以及如何在泰克6系列和 MSO6B系列示波器上避免削波。

传统上，工程师会降低数字示波器的垂直刻度来检查更精细的波形细节。然而，将垂直刻度设置过低会导致更大范围的信号被削波。

输入信号超过示波器输入范围时会导致信号削波或失真，这种情况称为信号削波（或简称削波）。具体而言，当原始输入信号包含超过数字示波器模数转换器(ADC)和垂直设置最大输入范围的采样或点时，就会发生削波。然而，削波也可能发生在信号路径上任何限制被超过时，甚至在数字信号处理期间。

图1：泰克示波器上的削波现象展示（通道标识与自动测量双界面呈现）

图1显示了泰克MS064B上如何将削波作为警告指示器显示在通道标识中。底部通道1标识上有一个红色的"Clipping"指示，通道1的自动测量显示红色的"Neg clipping"警告。这些警告通知用户输入信号包含超过数字示波器垂直缩放和ADC范围设置的采样。

默认情况下，泰克示波器不允许用户禁用或修改削波警告和指示器。这些警报对于在测量高电压、电流或功率时最小化安全风险和防止潜在仪器损坏至关重要。此外，当测量结果可能不可靠导致测量不准确时，它们会通知用户。

6系列示波器的削波指示

泰克示波器提供两种可见的削波警告。这些削波警告告诉用户输入信号何时超过示波器输入范围，导致波形视图中的波形被削波。最直接可靠的方法是观察波形视图底部通道标识上显示的红色"Clipping"警告（见图2）。此外，

■ 即使可见波形不包含任何可见削波，削波警告也会出现。这意味着在采集中检测到至少一个信号削波实例。

■ 当采集停止时，削波警告仍然存在。在泰克数字示波器中，即使波形视图暂停，ADC也会持续采样。

图2：通道1标志上的Clipping警告

自动测量也有削波警告。当测量限定符检测到无效输入或波形点时，测量标识中会出现红色"Pos clipping"或"Neg clipping"警告。图3显示了这些警告的示例。" Pos clipping "指信号在ADC范围以上被削波的情况，而" Neg clipping "表示信号在ADC范围以下被削波。

图3：基于当前采集数据的测量标识削波警告

泰克示波器削波警告是示波器信号路径中软件生成的标志。图4显示了泰克6系列示波器的通用信号路径图。通道标识削波警告与示波器模拟前端的12位ADC相关联。ADC具有固定的输入范围，模拟前端将垂直缩放输入以适应ADC输入范围。通道标识削波警告特意放置在ADC处，以在模拟输入沿信号路径移动进行显示之前检测到削波时提醒用户。这避免了依赖所显示的波形，并通知用户进行必要调整以避免ADC处的削波。如果没有ADC处的此警告，当输入超过ADC输入范围（即饱和）时，示波器有可能显示失真的波形，导致波形表示不正确。

图4：不同的削波警告及其与6系列信号路径的关联。TEK026和TEK061是泰克专用ASIC芯片，分别用于1MΩ和50Ω信号路径。

在信号路径的更下游，波形数据存储在存储器（采集存储器）中。自动测量对存储的波形数据进行操作。如果测量限定符检测到数据中超出垂直刻度设置（符号表示为NaN或"Inf"）的无效输入，自动测量标识将显示类似于图4所示的削波警告。

当采集期间发生削波时，它表示为NaN（非数字）。对于.csv和.MAT文件，NaN表示为"Inf"或"-Inf"，分别表示正或负削波。虽然不是最直接的削波指示，但应仔细检查波形数据中任何削波波形数据的出现，因为削波波形数据可能产生误导或不正确的测量结果。

泰克6系列和6系列B MSO包含模拟（硬件）前端和DSP（即软件）滤波。6系列使用硬件和DSP滤波来实现高带宽和更精细垂直刻度的显著低噪声性能。6系列硬件滤波在示波器模拟前端（ADC之前）执行。软件滤波在信号路径的更下游（ADC之后）运行。当显示屏上的波形可能看起来没有被削波但显示削波警告时，理解这些细节至关重要。

图5显示了由泰克AFG31000生成的噪声波形。噪声输入在MS064B上测量，所有4个通道设置为50Ω终端。其余通道设置如表1所示。通道1、2和4的结果正确地将波形与通道标识的状态相关联。然而，通道3标识中有警告，但波形视觉上看起来没有被削波。

图5：MSO64B示波器1至4通道显示AFG31000任意/函数发生器输入的噪声信号。通道3启用的20 MHz带宽滤波器在模数转换器 (ADC)之后应用，因此会降低信号显示幅值，但不会消除ADC超量程现象。

表1. 用于说明图5中削波警告的通道设置。

通道	伏/格	带宽	可见削波	削波警告
1	20mV/格	2GHz(无滤波器)	●	●
2	50mV/格	2GHz(无滤波器)	_	_
3	20mV/格	20MHz（数字滤波器）	_	●
4	50mV/格	20MHz（数字滤波器）	_	_

这种现象是由于ADC、50Ω终端和DSP滤波之间的相互作用。为了获得更低的噪声性能，50Ω终端信号路径在6系列MSO中不使用TEK026放大器进行信号调理（架构细节参见图4）。此外，可选的200 MHz或20 MHz通道带宽限制作为DSP滤波器实现，在信号路径中的ADC之后应用。这使得ADC可以用更少的组件和缩放元件处理输入信号，基本上是查看原始输入。因此，如果输入信号幅度超出ADC的输入范围，ADC可能饱和并在通道标识上启动削波警告。同时，输入信号沿信号路径移动，在那里被数字化、滤波、存储在存储器中并显示。这可能视觉上看起来波形没有被削波，但通道标识警告用户存在削波。

尽管削波警告和显示屏上的波形似乎给出不同的指示，但这种设计是有意为之，以实现6系列在更精细伏/格下的低噪声性能。50Ω终端输入中不使用TEK026放大器，因为它具有较低的带宽和较高的噪声规格，不适合更高保真度的50Ω路径。因此，只有TEK061在模拟前端的50Ω输入中。这一决定防止了额外的噪声并保持了50Ω输入信号完整性。6系列还使用DSP滤波实现200 MHz和20 MHz带宽。

与模拟滤波相比，DSP滤波具有改进的截止精度和随时间一致的性能。使用200MHz或20MHz DSP滤波减少了50Ω输入中的高频噪声，并防止混叠，而不会增加可能提高噪声水平和降低信号完整性的组件。

示波器探头也影响削波。大多数数字示波器有50Ω和1MΩ信号路径（阻抗为路径的终端）。一些现代示波器通道可以根据连接的探头自动设置信号路径终端。泰克6系列有50Ω和1MΩ信号路径，根据连接的探头，启用不同的信号路径，从而影响削波行为。

图6显示了带有TPP1000无源探头连接到通道1和TDP1000高压差分探头连接到通道2的泰克MS064B，两个通道的带宽设置为1GHz。此图演示了1.2 V峰峰值噪声信号输入如何显示两个通道（即两个探头）的通道标识和测量标识削波。

将通道带宽降至20 MHz对削波行为有显著影响。如图7所示，通道1（TPP1000）显示无削波，而通道2（TDP1000）显示标识中有削波，尽管两者视觉上看起来没有被削波。这种现象是由于每个通道采用的信号路径。通道1（TPP1000）使用包含TEK026放大器路径的1MΩ信号路径。同时，通道2（TDP1000）使用50Ω信号路径且不包含TEK026放大器。TEK026具有适当调节和缩放输入以适合ADC输入范围的效果，并消除前端的削波警告。

注意：在图6和7中，通道1标识中的符号表示使用1MΩ信号路径的无源探头，TEK026配置为250kΩ终端。