信号发生器与示波器连接后如何设置同步？

信号发生器与示波器连接后实现同步，需通过触发同步和时基对齐确保波形稳定显示。以下是具体设置步骤、原理及常见问题解决方案：

一、同步的核心原理

同步的目的是让示波器的触发系统与信号发生器的输出信号保持时间基准一致，从而：

1. 稳定波形显示：避免波形左右晃动或周期性跳变。
2. 精确测量：确保时域参数（如上升时间、脉宽）和频域分析（如FFT）的准确性。
3. 多设备协同：在复杂测试中（如多通道相位测量），同步是关键前提。

同步信号来源：

• 外触发（Ext Trigger）：直接使用信号发生器的输出作为触发源。
• 同步输出（Sync Output）：部分信号发生器提供TTL电平的同步脉冲，用于触发示波器。
• 内部时钟同步：通过共享时钟信号（如10MHz参考时钟）实现设备间时间基准对齐。

二、具体设置步骤

1. 硬件连接

• 信号连接：
  • 使用BNC电缆将信号发生器的输出端（Output）连接到示波器的通道1（CH1）。
• 触发同步连接（可选）：
  • 方法一：直接使用信号发生器的输出作为触发源（无需额外连线）。
  • 方法二：若信号发生器有同步输出（Sync Out）端口，用BNC电缆将其连接到示波器的外触发输入（Ext Trig）。
    • 示例：R&S SMA100B信号发生器的Sync Out端口可输出与输出信号同频的TTL脉冲。
• 时钟同步（高精度需求）：
  • 使用10MHz参考时钟线连接信号发生器和示波器的时钟输入端口（如R&S RTO示波器的“Ref Clock In”）。

2. 示波器触发设置

• 触发源选择：
  • 进入示波器菜单，选择触发源为连接信号的通道（如CH1）或外触发（Ext Trig）。
    • 路径示例：Trigger > Source > CH1 或 Trigger > Source > Ext。
• 触发类型设置：
  • 边沿触发（Edge Trigger）：适用于大多数周期性信号（如正弦波、方波）。
    • 设置触发电平（Level）为信号幅值的50%（如1Vpp信号，触发电平设为0.5V）。
    • 选择触发沿（Slope）：上升沿（Positive）或下降沿（Negative），根据信号特征调整。
  • 视频触发（Video Trigger）：若测试视频信号（如NTSC、PAL），需选择对应制式。
  • 脉冲宽度触发（Pulse Width Trigger）：用于捕获异常脉宽信号。
• 触发模式选择：
  • 正常模式（Normal）：仅在触发条件满足时显示波形，适用于稳定信号。
  • 自动模式（Auto）：无触发时显示最后采集的波形，适用于低频或不稳定信号。
  • 单次模式（Single）：按下触发按钮后捕获一次波形，适用于偶发事件。

3. 信号发生器设置（辅助同步）

• 输出阻抗匹配：
  • 设置信号发生器输出阻抗为50Ω（与示波器输入阻抗匹配），减少反射。
• 同步输出配置（如有）：
  • 启用Sync Out功能，并设置同步脉冲频率与输出信号一致。
    • 示例：输出1kHz正弦波时，Sync Out设为1kHz TTL脉冲。
• 时钟参考设置（高精度需求）：
  • 将信号发生器的时钟参考设为“外部”（External），并连接示波器的10MHz参考时钟输出。

4. 示波器时基设置

• 水平刻度（Sec/Div）：
  • 根据信号周期调整时基，使波形显示1~2个周期。
    • 示例：1kHz信号（周期1ms），时基设为200μs/div，显示5个周期。
• 水平位置（Position）：
  • 调整水平位置使触发点（触发标记）位于屏幕左侧或中心，便于观察波形细节。

5. 验证同步效果

• 波形稳定性：
  • 观察波形是否稳定无晃动，触发标记是否固定在相同位置。
• 相位测量（可选）：
  • 若测试多通道相位关系，使用示波器的Phase测量功能，验证各通道同步精度。
    • 示例：R&S RTO示波器的Math > Phase功能可计算两通道相位差。

三、常见问题与解决方案

1. 波形晃动或不稳定

• 原因：
  • 触发电平设置不当。
  • 信号噪声过大，导致触发误判。
  • 信号发生器与示波器时钟不同步。
• 解决方案：
  • 调整触发电平至信号幅值的50%。
  • 开启示波器的噪声抑制功能（如Filter > Bandwidth Limit设为20MHz）。
  • 使用10MHz参考时钟同步设备。

2. 触发丢失（Trigger Lost）

• 原因：
  • 信号频率低于示波器最低触发频率（如<1Hz）。
  • 触发沿选择错误（如上升沿触发但信号为下降沿）。
• 解决方案：
  • 切换触发模式为Auto，或降低触发灵敏度。
  • 检查触发沿设置是否与信号一致。

3. 多通道同步误差

• 原因：
  • 各通道触发延迟不一致。
  • 探头电缆长度不同导致传输延迟。
• 解决方案：
  • 使用示波器的Deskew功能校准探头延迟（如输入同一信号，调整各通道延迟使波形对齐）。
  • 统一使用短电缆（如<1m）连接信号。

4. 高速信号同步失败

• 原因：
  • 示波器采样率不足（如信号频率>示波器带宽的1/5）。
  • 触发抖动（Trigger Jitter）过大。
• 解决方案：
  • 提高示波器采样率至信号频率的5~10倍。
  • 使用高精度触发系统（如R&S RTO示波器的UltraStable触发模式）。

四、典型应用场景与同步要求

五、实践建议

1. 使用同步输出功能：
   • 若信号发生器支持Sync Out，优先使用其作为触发源，比直接使用信号更稳定。
2. 校准探头延迟：
   • 在多通道测试前，执行Deskew校准（如输入1kHz方波，调整各通道延迟使上升沿对齐）。
3. 选择高精度示波器：
   • 对于高速信号（如>100MHz），使用12位高分辨率示波器（如R&S RTO6系列）和低抖动触发系统。
4. 软件辅助同步：
   • 使用示波器软件（如R&S Viewer）远程控制信号发生器，实现自动化同步测试。

总结

信号发生器与示波器的同步需通过硬件连接（信号+触发/时钟）、示波器触发设置（边沿/视频触发）和时基对齐共同实现。核心步骤包括：

1. 连接信号与触发/时钟线。
2. 设置示波器触发源、类型和电平。
3. 调整信号发生器输出阻抗和同步输出。
4. 验证波形稳定性与相位精度。

遇到同步问题时，优先检查触发电平、噪声抑制和时钟同步设置。对于高速或精密测试，建议使用专业设备（如12位示波器+10MHz参考时钟）以确保同步精度。