削波 (Clipping) 是示波器上一種不良狀態(tài)，理解其對硬件分析、波形數(shù)據(jù)采集和自動測量時測試測量設(shè)置的影響至關(guān)重要。信號削波會導(dǎo)致示波器顯示屏上波形失真，造成測量不準(zhǔn)確或信號保真度損失。通過了解示波器如何處理削波，設(shè)計人員可以就測試設(shè)置做出明智決策，確保測試期間測量的準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)上，工程師會降低數(shù)字示波器的垂直刻度來檢查更精細(xì)的波形細(xì)節(jié)。然而，將垂直刻度設(shè)置過低會導(dǎo)致更大范圍的信號被削波。

輸入信號超過示波器輸入范圍時會導(dǎo)致信號削波或失真，這種情況稱為信號削波（或簡稱削波）。具體而言，當(dāng)原始輸入信號包含超過數(shù)字示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和垂直設(shè)置最大輸入范圍的采樣或點時，就會發(fā)生削波。然而，削波也可能發(fā)生在信號路徑上任何限制被超過時，甚至在數(shù)字信號處理期間。

圖1：泰克示波器上的削波現(xiàn)象展示（通道標(biāo)識與自動測量雙界面呈現(xiàn)）

圖1顯示了泰克MS064B上如何將削波作為警告指示器顯示在通道標(biāo)識中。底部通道1標(biāo)識上有一個紅色的"Clipping"指示，通道1的自動測量顯示紅色的"Neg clipping"警告。這些警告通知用戶輸入信號包含超過數(shù)字示波器垂直縮放和ADC范圍設(shè)置的采樣。

默認(rèn)情況下，泰克示波器不允許用戶禁用或修改削波警告和指示器。這些警報對于在測量高電壓、電流或功率時最小化安全風(fēng)險和防止?jié)撛趦x器損壞至關(guān)重要。此外，當(dāng)測量結(jié)果可能不可靠導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確時，它們會通知用戶。

6系列示波器的削波指示

泰克示波器提供兩種可見的削波警告。這些削波警告告訴用戶輸入信號何時超過示波器輸入范圍，導(dǎo)致波形視圖中的波形被削波。最直接可靠的方法是觀察波形視圖底部通道標(biāo)識上顯示的紅色"Clipping"警告（見圖2）。此外，

 即使可見波形不包含任何可見削波，削波警告也會出現(xiàn)。這意味著在采集中檢測到至少一個信號削波實例。

 當(dāng)采集停止時，削波警告仍然存在。在泰克數(shù)字示波器中，即使波形視圖暫停，ADC也會持續(xù)采樣。

圖2：通道1標(biāo)志上的Clipping警告

自動測量也有削波警告。當(dāng)測量限定符檢測到無效輸入或波形點時，測量標(biāo)識中會出現(xiàn)紅色"Pos clipping"或"Neg clipping"警告。圖3顯示了這些警告的示例。" Pos clipping "指信號在ADC范圍以上被削波的情況，而" Neg clipping "表示信號在ADC范圍以下被削波。

圖3：基于當(dāng)前采集數(shù)據(jù)的測量標(biāo)識削波警告

泰克示波器削波警告是示波器信號路徑中軟件生成的標(biāo)志。圖4顯示了泰克6系列示波器的通用信號路徑圖。通道標(biāo)識削波警告與示波器模擬前端的12位ADC相關(guān)聯(lián)。ADC具有固定的輸入范圍，模擬前端將垂直縮放輸入以適應(yīng)ADC輸入范圍。通道標(biāo)識削波警告特意放置在ADC處，以在模擬輸入沿信號路徑移動進(jìn)行顯示之前檢測到削波時提醒用戶。這避免了依賴所顯示的波形，并通知用戶進(jìn)行必要調(diào)整以避免ADC處的削波。如果沒有ADC處的此警告，當(dāng)輸入超過ADC輸入范圍（即飽和）時，示波器有可能顯示失真的波形，導(dǎo)致波形表示不正確。

圖4：不同的削波警告及其與6系列信號路徑的關(guān)聯(lián)。TEK026和TEK061是泰克專用ASIC芯片，分別用于1MΩ和50Ω信號路徑。

在信號路徑的更下游，波形數(shù)據(jù)存儲在存儲器（采集存儲器）中。自動測量對存儲的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。如果測量限定符檢測到數(shù)據(jù)中超出垂直刻度設(shè)置（符號表示為NaN或"Inf"）的無效輸入，自動測量標(biāo)識將顯示類似于圖4所示的削波警告。

當(dāng)采集期間發(fā)生削波時，它表示為NaN（非數(shù)字）。對于.csv和.MAT文件，NaN表示為"Inf"或"-Inf"，分別表示正或負(fù)削波。雖然不是最直接的削波指示，但應(yīng)仔細(xì)檢查波形數(shù)據(jù)中任何削波波形數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，因為削波波形數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生誤導(dǎo)或不正確的測量結(jié)果。

泰克6系列和6系列B MSO包含模擬（硬件）前端和DSP（即軟件）濾波。6系列使用硬件和DSP濾波來實現(xiàn)高帶寬和更精細(xì)垂直刻度的顯著低噪聲性能。6系列硬件濾波在示波器模擬前端（ADC之前）執(zhí)行。軟件濾波在信號路徑的更下游（ADC之后）運行。當(dāng)顯示屏上的波形可能看起來沒有被削波但顯示削波警告時，理解這些細(xì)節(jié)至關(guān)重要。

圖5顯示了由泰克AFG31000生成的噪聲波形。噪聲輸入在MS064B上測量，所有4個通道設(shè)置為50Ω終端。其余通道設(shè)置如表1所示。通道1、2和4的結(jié)果正確地將波形與通道標(biāo)識的狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。然而，通道3標(biāo)識中有警告，但波形視覺上看起來沒有被削波。

圖5：MSO64B示波器1至4通道顯示AFG31000任意/函數(shù)發(fā)生器輸入的噪聲信號。通道3啟用的20 MHz帶寬濾波器在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)之后應(yīng)用，因此會降低信號顯示幅值，但不會消除ADC超量程現(xiàn)象。

表1. 用于說明圖5中削波警告的通道設(shè)置。

這種現(xiàn)象是由于ADC、50Ω終端和DSP濾波之間的相互作用。為了獲得更低的噪聲性能，50Ω終端信號路徑在6系列MSO中不使用TEK026放大器進(jìn)行信號調(diào)理（架構(gòu)細(xì)節(jié)參見圖4）。此外，可選的200 MHz或20 MHz通道帶寬限制作為DSP濾波器實現(xiàn)，在信號路徑中的ADC之后應(yīng)用。這使得ADC可以用更少的組件和縮放元件處理輸入信號，基本上是查看原始輸入。因此，如果輸入信號幅度超出ADC的輸入范圍，ADC可能飽和并在通道標(biāo)識上啟動削波警告。同時，輸入信號沿信號路徑移動，在那里被數(shù)字化、濾波、存儲在存儲器中并顯示。這可能視覺上看起來波形沒有被削波，但通道標(biāo)識警告用戶存在削波。

盡管削波警告和顯示屏上的波形似乎給出不同的指示，但這種設(shè)計是有意為之，以實現(xiàn)6系列在更精細(xì)伏/格下的低噪聲性能。50Ω終端輸入中不使用TEK026放大器，因為它具有較低的帶寬和較高的噪聲規(guī)格，不適合更高保真度的50Ω路徑。因此，只有TEK061在模擬前端的50Ω輸入中。這一決定防止了額外的噪聲并保持了50Ω輸入信號完整性。6系列還使用DSP濾波實現(xiàn)200 MHz和20 MHz帶寬。

與模擬濾波相比，DSP濾波具有改進(jìn)的截止精度和隨時間一致的性能。使用200MHz或20MHz DSP濾波減少了50Ω輸入中的高頻噪聲，并防止混疊，而不會增加可能提高噪聲水平和降低信號完整性的組件。

示波器探頭也影響削波。大多數(shù)數(shù)字示波器有50Ω和1MΩ信號路徑（阻抗為路徑的終端）。一些現(xiàn)代示波器通道可以根據(jù)連接的探頭自動設(shè)置信號路徑終端。泰克6系列有50Ω和1MΩ信號路徑，根據(jù)連接的探頭，啟用不同的信號路徑，從而影響削波行為。

圖6顯示了帶有TPP1000無源探頭連接到通道1和TDP1000高壓差分探頭連接到通道2的泰克MS064B，兩個通道的帶寬設(shè)置為1GHz。此圖演示了1.2 V峰峰值噪聲信號輸入如何顯示兩個通道（即兩個探頭）的通道標(biāo)識和測量標(biāo)識削波。

將通道帶寬降至20 MHz對削波行為有顯著影響。如圖7所示，通道1（TPP1000）顯示無削波，而通道2（TDP1000）顯示標(biāo)識中有削波，盡管兩者視覺上看起來沒有被削波。這種現(xiàn)象是由于每個通道采用的信號路徑。通道1（TPP1000）使用包含TEK026放大器路徑的1MΩ信號路徑。同時，通道2（TDP1000）使用50Ω信號路徑且不包含TEK026放大器。TEK026具有適當(dāng)調(diào)節(jié)和縮放輸入以適合ADC輸入范圍的效果，并消除前端的削波警告。

注意：在圖6和7中，通道1標(biāo)識中的符號表示使用1MΩ信號路徑的無源探頭，TEK026配置為250kΩ終端。

圖6：通道1連接TPP1000探頭與通道2連接TDP1000探頭的對比測試（雙通道均啟用1GHz帶寬限制）

圖7：通道1配置TPP1000無源探頭（1MΩ信號路徑），通道2配置TDP1000差分探頭（50Ω信號路徑），雙通道均啟用20MHz帶寬限制

如何避免削波

避免削波的**實踐是增加垂直縮放，即增加更多伏/格，并調(diào)整垂直位置，使信號的幅度范圍適合示波器的輸入范圍。調(diào)整垂直刻度和位置將在數(shù)字示波器上衰減、放大和/或偏移輸入信號到ADC。此操作確保信號適當(dāng)縮放以適應(yīng)ADC的范圍。

使用保持信號在顯示屏上而不削波的最小垂直刻度是實現(xiàn)更精細(xì)測量分辨率而不使ADC飽和同時保持測量完整性的**方式。泰克6系列MSO規(guī)格和性能驗證文檔詳細(xì)說明了各種規(guī)格及其與垂直刻度變化相關(guān)的準(zhǔn)確性，包括DC增益準(zhǔn)確性、DC偏移準(zhǔn)確性和過載恢復(fù)時間。這些規(guī)格和性能細(xì)節(jié)共同幫助用戶理解垂直刻度變化可能對其測量產(chǎn)生的影響。

泰克科技建議示波器用戶：當(dāng)輸入信號超出量程時，務(wù)必避免信號削波現(xiàn)象，以防止信號失真、測量誤差及設(shè)備損壞。

使用縮放查看細(xì)節(jié)

傳統(tǒng)上，通過減小垂直刻度來檢查波形細(xì)節(jié)。然而，這種方法在過驅(qū)動示波器輸入時可能導(dǎo)致信號削波。幸運的是，泰克示波器提供標(biāo)準(zhǔn)的縮放和平移功能，與水平和垂直刻度控制分開。此功能允許用戶調(diào)查波形細(xì)節(jié)而不會削波波形或改變?nèi)魏尾ㄐ慰潭取Ｍㄟ^縮放和平移功能，用戶可以檢查波形細(xì)節(jié)而不會故意削波信號并危及測量準(zhǔn)確性。示波器用戶可以保持波形分辨率，同時能夠在顯示屏上調(diào)查波形細(xì)節(jié)。

圖8：通道1的波形縮放與平移操作展示（保持原有水平/垂直標(biāo)度不變的情況下精細(xì)檢測波形細(xì)節(jié)）

故意削波和潛在陷阱

可能還需要考慮6系列MSO規(guī)格和性能驗證文檔中的規(guī)格，如過載恢復(fù)時間，并理解此時間將如何影響測量結(jié)果。

例如，圖9顯示MS064B內(nèi)部AFG生成1V峰峰值、100 kHz正弦波輸入到示波器的通道1。注意通道標(biāo)識顯示削波警告，并且波形視覺上正在削波。波形上有一個最大測量活動且不顯示任何警告。對于0V偏移的1V峰峰值正弦波，我們預(yù)期最大測量結(jié)果大約為0.5V（500mV）。測量結(jié)果為518mV，接近我們考慮削波影響時的預(yù)期。根據(jù)測試約束，這些結(jié)果可能對設(shè)計人員、測試工程師或預(yù)期應(yīng)用足夠。然而，一般來說，當(dāng)故意削波示波器時，測量結(jié)果和準(zhǔn)確性不能保證，并且可能與數(shù)據(jù)表規(guī)格有所偏差。

圖9：通道1測量人為施加削波的1V峰峰值正弦波，并顯示最大值測量結(jié)果

總結(jié)

示波器削波警告在確保用戶安全、防止儀器損壞以及驗證測量和波形結(jié)果方面發(fā)揮著重要作用。本技術(shù)簡報涵蓋了示波器削波的背景以及6系列和6系列B MSO用戶界面如何顯示削波警告。此外，本簡報查看了一些示波器削波的示例和糾正削波問題的方法，如調(diào)整垂直縮放或在6系列上使用縮放和平移功能。識別削波的外觀、其對測量的影響以及如何糾正它，可以幫助設(shè)計人員和測試工程師實現(xiàn)驗證的波形結(jié)果、準(zhǔn)確的自動測量并保證測量完整性。