如何选购示波器

 

模拟示波器用阴极射线管显示波形，示波管的带宽与模拟示波器的相同，亦即示波管内电子运动速度与信号频率成正比，信号频率越高电子速度越快，示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比，低频波形的亮度高，高频波形的亮度低。利用荧光屏幕的亮度或灰度容易获得信号的第三维信息，如用屏幕垂直轴表示幅度，水平轴表示时间，则屏幕亮度可表示信号幅度随时间分布的变化。这种与时间有关的荧光余辉（灰度定标）效应对观察混合波形和偶发波形十分有效，模拟存储示波器就是这种专用示波器的代表产品，*高的性能达到800MHz带宽，可记录到1ns左右的快速瞬变偶发事件。

数字示波器缺少余辉显示功能,因为它是数字处理，只有两个状态，非高即低，原则上波形也是“有”和“无”两个显示。为达到模拟示波器那样的多层次亮度变化，必须采用专用图象处理芯片，例如TEK公司采用DPX型处理器芯片，具有数据采集、图象处理和存储等多项功能，DPX芯片由130万个晶体管组成，采用0。65μm的CMOS工艺，并行流水结构，取样率高。它既是数据采集芯片，同时也是光栅扫描器，模拟示波管屏幕荧光体的发光特性，用16级亮度分级，将波形存储在500×200像素的LCD单色或彩色显示屏上，每1/30秒更新一次。由于模拟存储示波器只能依靠照相底片记录波形，对数据保存并不方便，而数字荧光示波器是数字处理的显示，数据记录、处理、保存都十分方便。例如用红色表示出现几率*高的波形，兰色表示出现几率*低的波形，达到一目了然。由于数字示波器已经达到4GHz以上带宽的水平，配合荧光显示特性，总的性能优于模拟存储示波器。

 

数字荧光示波器（DPO）为示波器系列增加了一种新的类型，能实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息：幅度、时间和整个时间的幅度分布。

DSO采用串行处理的体系结构捕获、显示和分析信号；相对而言，DPO为完成这些功能采用的是并行体系结构，如图一、二所示。并行结构和基于ASIC硬件的处理技术，使数字荧光示波器能够捕捉到当今复杂的动态信号中的全部细节和异常情况，并以人类的眼睛的接受速度显示出来。

普通数字示波器要观察偶发事件需要使用长时间记录，然后作信号处理，这种办**漏掉非周期性出现的信号和不能显示出信号的动态特性。数字荧光示波器能够显示复杂波形中的微细差别，以及出现的频繁程度。例如观察电视信号，既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号，还要记录电视信号中的异常现象，对于专业人员和维修人员都是同样重要的。

例如Tektronix公司的TDS3000系列数字荧光示波器提供多种测试模块，可以从前面板右上角插入六种模块。例如触发模块可作逻辑状态、逻辑图形触发，以及脉冲参数（上升、下降沿、宽度、周期等）；电视模块专用于多种制式的（NTSC、PAL和SECAM）波形记录；快速傅里叶变换（FFT）模块可快速显示信号的频率成分和频谱分布，既可分析脉冲响应，亦可分析谐波分布，并且识别和定位噪声和干扰来源。还有**分析模块和极限测试模块。TDS3000系列示波器是便携式的，重量不到7磅，可由电池供电，特别适于现场使用。

自从示波器问世以来，它一直是*重要、*常用的电子测试工具之一；由于电子技术的发展，示波器的能力也在不断提升，其性能与价格也五花八门，市场参差不齐，本文从多方面阐述您如何选购示波器。

您如何选购示波器?
了解您的信号？

您要知道您用示波器观察什么？既您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么？您的信号是否有复杂的特性？您的信号是重复信号还是单次信号？您要测量的信号过渡过程带宽，或者上升时间是多大？您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等？您打算
同时显示多少信号？模拟还是数字？

传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的面板控制，价格低廉，因而总觉得模拟示波器“使用方便”。但是随着A/D转换器速度逐年提高和价格不断降低，以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的各种功能，数字示波器已独领风骚。

带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率，即70.7%，带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降，如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽，得到的关于信号的所有特性，响铃和振鸣等都毫无意义。

 一个决定您所需要的示波器带宽有效的经验法则是“5倍准则”；即将您要测量的信号*高频率分量乘以5。这将会使您在测量中获得高于2%的精度。

在某些应用场合，您不知道你的感兴趣的信号带宽，但是您知道它的*快上升时间，大多数字示波器的频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间：Bw=0.35/信号的*快上升时间。

带宽有两种类型：重复（或等效时间）带宽和实时（或单次）带宽。重复带宽只适用于重复的信号，显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的*高频率，且当捕捉的事件不是经常出现时要求相当苛刻。实时带宽与采样速率联系在一起。

由于更宽的带宽往往意味着更高的价格，因此应对照你的预算来评定通常要观察信号的频率成分。

定义为每秒采样次数（S/s），指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丢失的概率就越小。

如果需要观测较长时间范围内的慢变信号，则*小采样速率就变得较为重要。为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制按钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。

如何计算采样速率？计算方法取决于所测量的波形的类型，以及示波器所采用的信号重建方式。

为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯定理规定：信号的采样速率必须不小于其*高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度，而且，从定义上看，低频干扰是不连续的，所以采用两倍于*高频率成分的采样速率通常是不够的。

实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。

有一个在比较取样速率和信号带宽时很有用的经验法则：如果您正在观察的示波器有内插（通过筛选以便在取样点间重新生成），则（取样速率/信号带宽）的比值至少应为4：1。无正弦内插时，则应采取10：1的比值。

所有的示波器都会闪烁。也就是说，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量。这就是波形捕获速率，也称屏幕刷新率，表示为波形数每秒（wfms/s）。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内，采样输入信号的频率;波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。

数字存储示波器（DSO）使用串行处理结构每秒钟可以捕获10到5000个波形。DPO数字荧光示波器采用并行处理结构，可以提供更高的波形捕获速率，有的高达每秒数百万个波形，大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性，并能让您更快地发现信号存在的问题。

存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串，则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以**重现信号所须的取样速度，可以计算出所要求的存储深度，也称记录长度。

在正确位置上捕捉信号的有效触发，通常可以减小示波器实际需要的存储量。

存储深度与取样速度密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。

现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要500点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。

通道数量取决于应用场合。观测一个信号，可选用简易示波器；同时观测、比较两个信号，可选用双通道示波器。如果要求观察若干个信号的相互关系， 将需要一台4通道示波器。随着被观测系统数字成分的增加，传统的双通道示波器或四通道示波器已难以满足同时捕获足够通道数量被测信号的要求。这时，应将示 波器和逻辑分析仪等组合起来使用，或者使用一台将几种仪器组合在同一台机箱内的组合示波器(如将16通道的分析仪集成在DSO中的混合信号示波器)，利用 逻辑分析仪的触发能力帮助示波器采集数据，同时测量不同类型和不同速度的信号。

示波器的指标有很多：如垂直灵敏度、带宽、扫描速度、增益精度、时间基准、垂直分辨率等。如果您仅仅是一般的维修人员，也许只要关心一下带宽和灵敏度就够了。如果是设计工程师，*好还要关心一下其他参数，比如上升时间。

自动测量有助于信号检验和故障检测。很多示波器可以自动测量周期、频率、幅度。好一些的还可以测量平均值、峰峰值、均方根值、*大值、*小值、 过冲、欠冲、上升时间、下降时间、正脉宽、负脉宽、正占空比、负占空比等。有些示波器还有更**的分析能力，如FFT。一般的DSO都或多或少地有自动测 量功能，而ASO具有这些功能的却不多，特别是一些早期产品，有这些功能的典型的ASO有V1065、V1565、TEK2245A、TEK2400系 列、OS5100RA、OS5100RB、PM3082、SS7802、SS7810等。不过，现在生产的档次高一点的ASO几乎都具有自动测量功能。然 而对于一般的维修人员来说，是否具有这些功能并不很重要，在我们可以熟练地使用示波器，并对被检测设备的一些常见工作点的波形形状、幅度及频率或者脉宽有 了经验后，只要把示波器的灵敏度和扫描时间放在熟悉的档位就可以了。

示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描，决定着信号特性是否清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。

多数情况下我们只采用边沿触发方式，但是在有些场合我们可能需要其他触发方式才能同步波形。比如，观察视频信号需要用视频触发。对DSO来说，先进的触发方式可将所关心的事件分离出来，从而*有效地利用取样速度和存储深度。

现今很多示波器都具有先进的触发能力：能根据由幅度定义的脉冲（如短脉冲），由时间限定的脉冲（脉冲宽度、窄脉冲、转换率、建立/保持时间）和由逻辑状态或图形描述的脉冲（逻辑触发）进行触发。扩展和常规的触发功能组合也帮助显示视频和其它难以捕捉的信号，如此先进的触发能力，在设置测试过程时 提供了很大程度的灵活性，而且能大大地简化工作。

如果您是搞家电维修的，或者其他需要测量视频信号的人员，建议购买具有视频触发功能的示波器，如果是高数字电路设计的，建议购买带有脉冲和逻辑触发的示波器。