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XYZ-Scope - oscilloscopes XYZs of Oscilloscopes XYZs of...

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XYZs of Oscilloscopes o s c i l l o s c o p e s
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www.tektronix.com 1 Table of Contents Introduction .................................................................... 3 Signal Integrity The Significance of Signal Integrity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Why is Signal Integrity a Problem? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Viewing the Analog Origins of Digital Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 The Oscilloscope Understanding Waveforms and Waveform Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Types of Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Sine Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Square and Rectangular Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Sawtooth and Triangle Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Step and Pulse Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Periodic and Non-periodic Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Synchronous and Asynchronous Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Complex Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Waveform Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Frequency and Period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Waveform Measurements with Digital Oscilloscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 The Types of Oscilloscopes Analog Oscilloscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Digital Oscilloscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Digital Storage Oscilloscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 Digital Phosphor Oscilloscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 Digital Sampling Oscilloscopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 The Systems and Controls of an Oscilloscope Vertical System and Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 Position and Volts per Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 Input Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 Bandwidth Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Alternate and Chop Display Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Horizontal System and Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Acquisition Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Acquisition Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Starting and Stopping the Acquisition System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Sampling Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Sampling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Real-time Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 Real-time Sampling with Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Equivalent-time Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Random Equivalent-time Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 Sequential Equivalent-time Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 Position and Seconds per Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Time Base Selections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 XY Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Z Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 XYZ Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Trigger System and Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Trigger Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 Trigger Level and Slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 Trigger Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 Trigger Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 Trigger Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 Trigger Holdoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Display System and Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Other Oscilloscope Controls Math and Measurement Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 XYZs of Oscilloscopes Primer
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www.tektronix.com 2 The Complete Measurement System Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 Passive Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 Active and Differential Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35 Probe Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 Performance Terms and Considerations Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Rise Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 Sample Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 Waveform Capture Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Record Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Triggering Capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Effective Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Frequency Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Vertical Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Sweep Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Gain Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Horizontal Accuracy (Time Base) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Vertical Resolution (Analog-to-digital Converter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 Expandability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 Ease-of-use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 Operating the Oscilloscope Setting Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Ground the Oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Ground Yourself . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Setting the Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 Using Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 Connecting the Ground Clip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 Compensating the Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 Oscilloscope Measurement Techniques Voltage Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 Time and Frequency Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Pulse Width and Rise Time Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Phase Shift Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Other Measurement Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Written Exercises Part I Vocabulary Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 Application Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 Part II Vocabulary Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 Application Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 Answer Key . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 XYZs of Oscilloscopes Primer
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www.tektronix.com 3 Introduction Nature moves in the form of a sine wave, be it an ocean wave, earth- quake, sonic boom, explosion, sound through air, or the natural frequency of a body in motion. Energy, vibrating particles and other invisible forces pervade our physical universe.
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What students are saying

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    As a current student on this bumpy collegiate pathway, I stumbled upon Course Hero, where I can find study resources for nearly all my courses, get online help from tutors 24/7, and even share my old projects, papers, and lecture notes with other students.

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    Kiran Temple University Fox School of Business ‘17, Course Hero Intern

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    I cannot even describe how much Course Hero helped me this summer. It’s truly become something I can always rely on and help me. In the end, I was not only able to survive summer classes, but I was able to thrive thanks to Course Hero.

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    Dana University of Pennsylvania ‘17, Course Hero Intern

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    The ability to access any university’s resources through Course Hero proved invaluable in my case. I was behind on Tulane coursework and actually used UCLA’s materials to help me move forward and get everything together on time.

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    Jill Tulane University ‘16, Course Hero Intern