如何選擇一個示波器？哪些參數(shù)是必須關(guān)注的？

市場上如此多種類的示波器，該選擇哪一款呢?示波器的廣告宣傳中，往往會凸顯帶寬和采樣率兩個非常重要的參數(shù)。但是，還有哪些隱藏在說明書中的參數(shù)需要我們關(guān)注呢?

選擇示波器的時候，我做了詳細的記錄，這里想跟大家分享一下，我是如何選擇一臺示波器的!我研究了市場上幾個品牌的示波器，最后，選擇了一款Pico示波器，所以，相對于其他示波器，我將會重點介紹這款示波器。但是，內(nèi)容可能有些簡單，因為我沒有太多的示波器，所以不能將拍成照片放在文章中。我也不是Pico的員工，在這里我會嘗試著放以一些其他有這個系列產(chǎn)品的供應(yīng)商的例子來保持平衡。

這個系列由四個專題組成。下次專題二，我在討論寬帶和采樣率。本次專題一將介紹示波器的物理特性：臺式示波器和PC示波器的探頭類型和數(shù)字輸入。下一次，我將會討論示波器的核心參數(shù)，像帶寬、采樣率、模數(shù)轉(zhuǎn)換的分辨率。之后，我將會介紹運行在示波器上的軟件和一些細節(jié)，比如遠程控制，快速傅立葉變換(FFT)，數(shù)字解碼和緩存。最后，將會介紹其他的一些參數(shù)，像外部觸發(fā)和時鐘同步，還有總結(jié)一下我已經(jīng)介紹過的示波器參數(shù)。

Ⅰ：如何選擇一個示波器?先談?wù)勈静ㄆ鞯奈锢硖匦?/p>

一、你是想要PC示波器的還是臺式示波器?

這是兩種不同的設(shè)備類型，可根據(jù)需要去選擇示波器的類型。很多人喜歡用臺式示波器，因為它可以直接放在試驗臺上測試電路信號，而不需要配置一臺電腦才能使用。也有人喜歡PC示波器，通過USB來連接到電腦上使用。我一直以來都比較喜歡于PC示波器。首先是它只需要占用很小的地方，例如，我可以將示波器垂直地放在桌子，這樣就可以節(jié)省了一些地方(如圖1所示)。

圖1 垂直放置示波器

我喜歡PC示波器的另一個原因是，它能夠用電腦的鍵盤和鼠標來設(shè)置示波器，尤其是在用高級觸發(fā)時，鍵盤和鼠標更加方便。另外，當(dāng)你想要進行屏幕截圖或者存儲數(shù)據(jù)時，直接在用鼠標在電腦上操作就行，而不必先保存在示波器內(nèi)，然后再通過一個U盤或者其他類似設(shè)備將其拷貝到電腦上。

當(dāng)然USB示波器也有一些缺點。人們抱怨最多的可能就是沒有按鈕控制功能，不過這個也是很容易解決的。

圖2中你可以看到USB的“旋鈕板”，那是我自己做的。旋鈕的每次旋轉(zhuǎn)都會發(fā)送一次“鍵擊命令”，只要你的PC示波器激活自定義快捷鍵、改變輸入范圍和時基等功能。一般情況下，我還是用鍵盤和鼠標，因為我發(fā)現(xiàn)有時他們比旋鈕好用。如果你喜歡這個設(shè)計，你可以在我的博客上找得到。

圖2 自制示波器旋鈕

擁有一款PC示波器也意味著你能夠擁有一個大尺寸的屏幕。一款高端的示波器可以在12.1英寸的屏幕上顯示，但是你可以用200美元或者更低的價格為你的電腦購買一個22寸的顯示屏來顯示波形。如果你的示波器的軟件支持多個窗口的話，那你就可以像圖3中那樣來設(shè)置多個顯示界面。

圖3 軟件顯示多個窗口

對于我個人來說，我更加喜歡我的電腦上一次只顯示一個界面。當(dāng)然，如果你不想用你的電腦來配套示波器使用的話，這時你也許需要的就是一臺臺式示波器。

二、地線在哪里?

對PC示波器，人們抱怨最多的是它探頭的地線跟USB的地線是連接在一起的!所以你需要確保在測試時，PC示波器和電腦的地線間沒電壓差。

其實，大多數(shù)示波器在進行測試時都需要考慮這個情況，不管臺式示波器還是PC示波器。如果你用歐姆表來檢測一下，你會發(fā)現(xiàn)那個 “探頭地線”實際上也是和臺式示波器的系統(tǒng)地連接在一起。至少我曾經(jīng)測試我購買的幾臺其他品牌的示波器，都是這樣的情況。因此對PC示波器存在抱怨是不太公平的。

你也可以選用差分或者隔離示波器，他們主要用來消除在不同輸入端之間的接地回路問題。他們也能給您更多的測量靈活性。比如說，如果你想要測試經(jīng)過“高側(cè)分流電阻”的電壓，你就可以用差分示波器來測量了，TiePieHS4 DIFF差分示波器就可以實現(xiàn)這種測量。當(dāng)然，你也可以給普通單端示波器購買差分探頭，同樣可以實現(xiàn)差分測量。大多數(shù)的供應(yīng)商都制作這樣的探頭(安捷倫、泰克、PicoTech和Rigol等)。

三、輸入信號類型

幾乎所有的示波器都有直流耦合和交流耦合的輸入，你有時可能想要去對比示波器的最小量程和最大量程。其實，不要太過考慮那些所謂的上限和下限，除非您有很特殊的要求。當(dāng)您考慮示波器的最大輸入范圍時，請記住你很有可能需要用到10:1的探頭，這就意味著一個有±20V的輸入范圍的示波器可以在10:1的探頭的幫助下變成范圍為±200V。

當(dāng)考慮示波器的最小輸入范圍時，噪聲是完全可以讓你抓狂的!例如，示波器有一個1mV/div的范圍，那么你就必須要考慮噪聲的影響。測量一個非常小的信號時，一般不要在測量端使用有源探頭。比如，你想要測經(jīng)過分流器的電流的時候，是完全可以用差分放大芯片自己動手制作一個。

除了真正的測量范圍，你可能也會對“偏置范圍”感興趣。在DC耦合時，大多數(shù)示波器都能夠去掉一個固定的電壓(用偏置功能)。例如，你可以在一個最大1.0V的輸入范圍下測試1.2V的輸入電壓，因為示波器是可以先將信號上減少1V。當(dāng)然，當(dāng)你需要在一些固定的電壓上去掉更小的信號時，將會更加方便。

另一種常見的輸入類型是50Ω阻抗輸入。正常情況下，這就意味著示波器可以在AC、DC和DC50輸入類型間切換。DC50的意思就是輸入是有50Ω的阻抗的。一般用到更高模擬帶寬的示波器上有這個功能。例如，它可以測量一個50Ω阻抗SMA連接器端輸出的時鐘信號。另外，50Ω的輸入阻抗可以簡化示波器與其他的實驗儀器進行連接的步驟(不用額外配置1MΩ轉(zhuǎn)50歐阻抗轉(zhuǎn)換器)。如果你也想要用一個低噪聲的放大器去測量一個非常小的信號，那也是沒有問題的，因為你可以準確地將低噪聲放大器的輸出關(guān)閉。

如果你最后需要DC50的終端，你可以購買一個50Ω的直通端子，最高配套1GHz 帶寬的示波器使用?？梢灾苯舆B接在示波器前端，從而獲得50Ω的輸入阻抗。

一個大型的示波器公司往往會有不同帶寬、不同輸入范圍，不同型號的產(chǎn)品。比如說，Pico5000系列最高帶寬200MHz， DCAC高阻抗輸入。Pico6000系列的示波器500MHz帶寬及其以下的型號輸入類型有DCACDC50。6000系列1000MHz帶寬的示波器下只有50Ω的輸入阻抗。其他的供應(yīng)商幾乎也是這樣：在最高的帶寬下也是有50Ω的輸入阻抗，中等帶寬的示波器有DCACDC50三種輸入類型，低帶寬示波器只有DCAC模式。

四、探頭的質(zhì)量和類型

在日復(fù)一日的使用中，沒有什么東西能夠跟你的示波器的探頭質(zhì)量那樣影響著你。這是你與示波器的互動橋梁。

大多數(shù)“標準”的示波器探頭是跟圖4中的照片一樣的。

圖4 通用探頭

它們是可調(diào)檔位從1:1到10:1的衰減，10:1是對輸入信號衰減10倍。值得注意的一點是，在1:1的模式下，大多數(shù)的示波器擁有非常有限的帶寬—一般是小于10MHz。然而在10：1模式下可能會有300MHz的帶寬!另外，10:1模式下的負載更小。更高帶寬的探頭通常只有10:1模式。我猜想是因為高頻時，頻繁的切換探頭衰減檔位會損壞。

首先要檢查的是探頭的頂尖是否是可以移除的。如果你弄壞了頂尖，它是很方便的換一個頂尖，而不是把整個探頭都更換了。如果你是在探測一個PCB板，它可以很容易探測測量點。當(dāng)然，一般的探頭都會有一個適配器，用于專門測試PCB的，而不是只有一個探頭尖端。老款的安捷倫的1160A探頭就是有這樣一個尖端。

我很喜歡的一款是帶彈簧夾的探頭(圖4中)。它的尖端比標準探頭小一些，彈簧支撐的作用讓它更加容易地與焊接接頭相連。你可以使用一些力氣來戳穿氧化層，彈簧支撐的器件可以讓你準確地觸摸到接頭。另外，你甚至可以這樣做—將探頭穿過焊錫表面。它上面也有一些塑料的防護層，這些可以將標準的接口器件規(guī)格(例如1.27mm,1mm,0.5mm,0.8mm)加到TQFPSOICTSSOP封裝形式的探頭。

圖4是Pico6000系列標配的探頭，可以有通過型號區(qū)分：TA150(350MHz帶寬)或者TA133(500MHz帶寬)。但是我要說明的是，安捷倫也在賣一款同樣的探頭—型號為N287xA—作為一種附件。相似的，力科也在賣類似的探頭—PP007，羅德與施瓦茨也賣類似的型號—RTM-ZP10，同樣也有相似的附件。但是我懷疑他們的探頭出來自同一個供應(yīng)商。根據(jù)你自己的需求和選項，如果你單獨地訂購這些探頭的話，它的價格在$200到$400之間。

Pomona Electronics 也在賣同樣的探頭，型號為6491到6501(不同的型號，帶寬不同)。一款150MHz(6493)的探頭，它在Digi-Key、 Mouser 和Newark element14上售賣也就幾十到一百美元。這個探頭是跟一開始的彈簧式的不同的，但是如果你對帶寬的要求不高的話，可以選擇購買它。

圖5 探測電路

如果你在使用一個高帶寬的探頭的話，那你要關(guān)心的是頻率響應(yīng)的平滑度。一個探頭標稱帶寬1GHz，電壓幅值在1GHz時會下降3dB。但是無良商家制造的產(chǎn)品不會有一個非常平滑的頻率響應(yīng)或者在-3dB點處沒有下滑。

在使用高帶寬的探頭的時候，接地將會是非常的重要的一個問題。經(jīng)典的鱷魚夾也許不會消失!一個最簡單的附件是跟在圖5中顯示的那樣的。也許會有更多更加適合的可用的接地的配件，這些可以查一下探頭自帶的一些說明文件。

不要擔(dān)心不能為你自己的探頭配置附件。圖6中顯示的探頭支架是我用一個可調(diào)的機械手制作的。

圖6 為探頭配置可調(diào)機械手

五、數(shù)字輸入

最后，講一下混合數(shù)字示波器，即，同一款示波器既有模擬通道，也有數(shù)字通道。這里也是個人的選擇：也許你會想要一個單獨的數(shù)字分析儀，或者是你希望將它內(nèi)置到你的示波器中。

我自己選擇了一個基于PC的單獨的數(shù)字邏輯分析儀。數(shù)字邏輯分析儀可以以一個比較低的價格從很多供應(yīng)商那里購買。根據(jù)我的經(jīng)驗，跟一個不帶邏輯分析儀的示波器相比，帶有邏輯分析儀的示波器更加不劃算。當(dāng)你在評價它的時候，一定要看清楚通道數(shù)、最大采樣率、緩存大小和邏輯分析儀能夠解碼的信號種類。

當(dāng)一個系統(tǒng)集成商建議你買一個示波器和分析儀組合在一起的儀器來獲得數(shù)字和模擬信號的同步的時候，請記住這些儀器的一般都是可以輸出一個觸發(fā)信號的。所以如果你的示波器在開始捕捉模擬信號時，可以產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，那么你完全可以在數(shù)字邏輯分析儀同步捕捉同步的數(shù)據(jù)(反之亦然)。

六、內(nèi)容預(yù)告：示波器的核心參數(shù)

這次我主要介紹了選擇一臺示波器時，需要考慮到的示波器的物理特性。下次將更多的介紹示波器的核心參數(shù)，像帶寬、采樣率和分辨率等。

Ⅱ：如何選擇一個示波器?討論示波器的寬帶和采樣率

這是如何選擇一個合適示波器專題系列的第二章，它不是一個完整的選型指南，而是我研究之后所做的總結(jié)。其中可能介紹到一些您不曾注意到的細節(jié)，希望對大家有所幫助。

第一章主要講述了PC示波器和臺式示波器的區(qū)別，同時討論了示波器探頭的主要特點。本章主要討論一下示波器的核心參數(shù)：模擬帶寬、采樣率、AD分辨率。

一、模擬帶寬

目前已經(jīng)有太多的文章介紹模擬示波器的帶寬，所以這里我不再花太多時間來介紹。簡言之，帶寬就是功率的一半或者-3dB幅度時的頻率，如圖1所示，功率一半也就是電壓的1/ , 例如，用一個100MHz帶寬的示波器采集一個10MHz，1V的正弦波，此時示波器采集到一個標準的正弦波。隨著輸入信號頻率的增加到100MHz時，采集到的正弦波的振幅變?yōu)?.707V左右。

圖7 帶寬是功率一半或者-3dB時的頻率。如果輸入一個固定振幅的波形，增加信號頻率，-3dB的位置即是示波器的電壓幅值為實際幅值的0.707倍。

不幸的是，實際應(yīng)用中我們很可能需要測量的是方波(例如數(shù)字系統(tǒng))而不是正弦波。因為采集方波需要遠高于基本波形的頻率。最常用的原則是選擇一個帶寬是待測數(shù)字系統(tǒng)最高信號頻率5倍的示波器。例如，一個66MHz的時鐘信號需要一個330MHz帶寬的示波器。

我用Python 腳本編寫一個模擬濾波器，先對方波進行濾波，然后繪制出濾波結(jié)果。圖2 顯示了分別用一個50MHz, 100 MHz, 250 MHz,500 MHz 帶寬對50 MHz方波信號濾波的結(jié)果。

圖8 用一個50MHz, 100 MHz, 250 MHz,500 MHz 帶寬對50 MHz方波信號采樣的結(jié)果

二、采樣率

除了示波器的模擬帶寬外，采樣率也是非常重要的參數(shù)。采樣率的單位是MS/s(Megasamples per second)或GS/s(Gigasamples per second)。一般情況下，各個示波器公布的采樣率參數(shù)都是指單通道最高采樣率。如果一臺兩通道的示波器，公布的采樣率參數(shù)為1GS/s，兩個通道同時使用時，每通道的最高采樣率為500MS/s。

所以，你需要多高的采樣率?對奈奎斯特定律熟悉的人，可能簡單的認為采樣率僅為待測信號帶寬的2倍即可。但是當(dāng)根據(jù)這個原則采集信號時，信號往往是失真的。當(dāng)然，更高的帶寬和采樣率下，這個定律是非常適用的，例如，5倍的采樣率。圖3顯示了用50MHz示波器采集25.3MHz的方波。此時，方波信號嚴重失真。然后，如果只將采樣率提到到100MS/s，一下子還真無法認出是方波。與100MS/s的采樣率相比，500MS/s采樣率采集出來的信號更像是方波信號(但是由于示波器帶寬的限制，方波還是被磨平了一些)

圖9 用100MS/s采樣率采集25.3MHz的方波信號，嚴重失真。用500MS/s采集出來的信號看起來有點像方波信號的。

三、等時間采樣(ETS)

一些示波器有一個等時間采樣模式，一個快速采樣模式。如PicoScope 6000系列采樣率為5G/s, 其在ETS模式下，單通道采樣率能夠達到200GS/s，四個通道同時使用時，ETS采樣率高達50GS/s。

值得一提的是ETS模式下高采樣率是通過AD采樣時鐘精確的相位偏移實現(xiàn)的。該模式適用于穩(wěn)定的周期信號。因為一段時間之后，波形將重建。簡言之，就是一個周期采集一個數(shù)據(jù)點，下一個周期在采集一個采樣點，兩個采樣點有固定的相位差。采集多個周期之后，會將這些點合成一個周期的波形。

四、ADC分辨率

還有一個常常需要考慮的核心參數(shù)：AD分辨率。即模擬波形如何映射到數(shù)字波形的。一個8位的ADC表示可以將模擬波形分為28=256等份。例如示波器的測量范圍是±5 V ，峰峰值10V，表示示波器能夠分辨的最小電壓為10V/256=39.06mV.

這也告訴我們數(shù)字示波器一個事實：選擇盡可能小的測量范圍，以便于獲得更準確的測量結(jié)果。測量范圍±1V，8位分辨率分辨的最小電壓7.813mV。但是往往待測信號摻雜其他信號，例如一個帶負載的開關(guān)，剛打開的瞬間會有一個7V的尖峰，然后才回到正常的0.5V。如果你想要測量該尖峰，那么你就不能用最小的測量范圍。

一個12位的分辨率的示波器，當(dāng)測量范圍為±5 V(峰峰值10V)，將模擬信號分成212=4096等份，最小可分辨電壓為2.551mV。如果分辨率為16位，10V峰峰值電壓范圍被分為216=65536份，最小分辨電壓0.1526mV。一般情況下，我們需要在高分辨率慢速ADC和低分辨率快速ADC之前作出取舍。但是Pico Technology 的柔性分辨率5000系列示波器是一個例外，因為它允許你動態(tài)的在8位、10位、12位、14位、15位、16位分辨率進行切換。不過分辨率的選擇同時使用的通道數(shù)量和最高采樣率。

一般的示波器都是8位的ADC分辨率，當(dāng)然也有一些高分辨的示波器。但是這些高分辨率是固定的，無法改變。所以在購買示波器時，我們必須選擇要買高分辨率的示波器還是高采樣率的示波器(分辨率高，采樣率相對就低一些)。有些聰明的示波器廠家說他們的示波器可以使用8-14位的分辨率，也可以選擇不同的采樣率。他們可以單賣采集板卡，讓用戶可以將原有的示波器升級到更高的分辨率。TiePie就是這樣做的。除了之前提到的柔性分辨率示波器，Pico Technology 也有最高14位的固定高分辨率示波器。一些其他大的示波器廠家也有高分辨率示波器。例如 力科HRO高分辨率示波器(12位分辨率)。

許多示波器表明可以有等效高分辨分辨率或軟件分辨率增強功能。這是通過濾波實現(xiàn)的一種軟件增強技術(shù)。該技術(shù)可能對測量信號的帶寬有一定的影響。千萬要注意，一個實際12位，100MHz帶寬的示波器跟通過8位分辨率，100MHz示波器軟件增強技術(shù)實現(xiàn)12位分辨率是不一樣的。

用示波器的FFT模式(通常稱為頻譜分析儀模式)，我們可以看到高分辨ADC和增強的分辨率的不同。如果只需要在屏幕上觀看時域波形，那么我們可能不會注意14位分辨率的精確度或者其他。但是，如果需要測量諧波失真(THD)，或者其需要精確測試頻率的應(yīng)用，高分辨是直觀重要的。

圖10 不同分辨率下的顯示效果

Ⅲ：如何選擇一個示波器?討論示波器的軟件特征

該系列我們將來討論PicoScope示波器的軟件特征，例如，遠程控制、FFT、數(shù)字解碼和緩存大小等。

前兩個系列，我介紹了PC示波器和臺式之間的區(qū)別，探頭的物理特性和示波器的核心參數(shù)，如模擬帶寬、采樣率和ADC分辨率等特性。本系列將介紹示波器的其他特征：外部觸發(fā)和時鐘同步，并且我會總結(jié)一下所有我講過的東西。

一、儲存深度

數(shù)字示波器通過ADC轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將其存儲在存儲器中，所以示波器的一個重要特征就是它能夠儲存多少樣本，即緩存深度。這個參數(shù)在高速采樣率下尤為重要---例如，在采樣率5GS/s時， 一百萬個樣本(1MS)意味著能夠存儲200μs的數(shù)據(jù)。一般情況下，一臺低價位的示波器只有很小的緩存空間。在網(wǎng)上你可以看到一款這樣的示波器Hantek DSO5202P，采樣率1GS/s 的采樣率，但是只賣400美元，因為它的記錄長度只有24KS而已，即只能記錄24μs的數(shù)據(jù)。你也可以發(fā)現(xiàn)緩存更小的示波器，例如一款型號為Agilent TDS2000C的示波器就只有2.5K的緩存深度。如果你只關(guān)注觸發(fā)信號，那你可以選用更小緩存的示波器。但是，當(dāng)用觸發(fā)也無法捕捉到一些特殊故障時，你可能就需要一個大的緩存來捕捉長時間連續(xù)信號，以便于從中查找故障。小的緩存意味著在你很難去獲得你想要的信號。

即是一些示波器聲稱大緩存，但是實際上，我們想要獲得全部的緩存也是有困難的。PS6403D示波器是PicoTech的其中一款1GS緩存的示波器，在配套的軟件上可以設(shè)置示波器的所有參數(shù)，但是該軟件實際上的將驅(qū)動緩存限制在500MS左右。然而我不得不承認這真的是非常讓人印象深刻的，直到存儲器存滿之前，一直能夠保持5GS/s的采樣速度，就算它建議的存儲器帶寬是40Gb/s!。借助于分段存儲器(這個將來會介紹)我們可以用到全部的緩存，但是它不能用來捕捉一個連續(xù)的1GS大小的數(shù)據(jù)長度。

二、FFT長度

示波器的廣告總會在間接地提到它們有“頻譜分析儀”的功能。事實上，示波器只是對采集到的信號進行了FFT變換。一個明顯的區(qū)別是頻譜分析儀有一個“中心頻率”，你可以在中心頻率的任意一側(cè)測量實際帶寬。通過掃描中心頻率，你可以得到頻域中一個非常大范圍內(nèi)功率圖表。

示波器的FFT的模式，沒有什么類似于中心頻率的東西。它測量從0Hz到某個特定的頻率(這個上限頻率往往是可以調(diào)節(jié)的)。這個限制往往是示波器的采樣頻率的一半，但是也會受示波器的模擬帶寬的限制。示波器的頻譜分析中有一個參數(shù)“FFT長度”，表示多少采樣點被用來計算FFT。這個參數(shù)也可以用圖表中 “bins”的數(shù)量(例如水平頻率分辨率)表示。有些的臺式示波器也許會有一個固定的FFT長度，例如只有2048個FFT長度。這個可以看得到0-100MHz 的所有頻率，但是如果你想要放大觀測95-98MHz這個范圍頻譜該怎么辦呢?因為示波器實際上是從0Hz開始計算FFT，所以這個范圍只能顯示大約60個采樣點的頻譜。這就是為什么我們需要非常長的FFT長度—它允許您放大信號并觀測局部信號頻譜細節(jié)。你可以降低示波器的采樣率，放大觀測0Hz附近的頻譜。當(dāng)然，如果你想要精確的測量1-10kHz范圍的頻譜時，設(shè)置合適的采樣率，讓2048個采樣點分布在0~20kHz附近，當(dāng)你放大波形的時候你也可以得到正確的細節(jié)。這種情況下，2048個FFT長度也是沒有問題的。

另外，為了提高水平方向的細節(jié)，更長的FFT長度可以降低噪聲。如果你想要把示波器來進行頻譜分析，那么更長的FFT長度將助你一臂之力。就像在圖1中顯示的那樣，是用控制板的磁性探頭來進行FFT。在這里我放大了頻譜的一部分，左邊是2048個點的，右邊有131072個點。

圖11 不同F(xiàn)FT長度的頻譜分析對比圖

選擇示波器時需要注意：低端小緩存示波器往往有很短的FFT長度。當(dāng)然也有一些深度緩存示波器，它們卻擁有很短的FFT長度，例如Rigol DS2000DS4000DS6000，從這些型號的規(guī)格書中看出，雖然他們有131MS的緩存深度，它們只用了2048個采樣點。相比之下，PC示波器是比較好的，因為它們可以在更加高性能的PC上做FFT分析，而不是僅僅局限于DSP處理器或者是一個FPGA處理器。比如說，Pico 6403D允許FFT的長度達到1，048，576個采樣點。

三、段存儲器

我認為示波器必須具備的一個功能就是段存儲器。這就意味著你可以設(shè)定一個觸發(fā)事件，連續(xù)采集多個的波形。對于一些偶發(fā)性毛刺，段存儲器可以幫助您更快的找到它。

圖2中顯示的是PicoScope軟件上的段存儲器查看器，可以設(shè)置高達10，000存儲段，同樣Rigol DS4000和DS6000中也有該功能，它們稱之為“幀”，最高記錄200,000幀。一旦捕捉了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)段/幀，你可以手動查看各個緩存，從中查找錯誤，或者用一些其他的功能，例如遮罩測試高亮顯示各個幀/存儲段中的異常數(shù)據(jù)。

圖12 段存儲器顯示窗口

有些示波器會把段存儲器作為一個插件，例如，安捷倫示波器中除了3000X系列默認有段存儲器的功能外，其他系列的示波器默認的沒有這個功能，除非花錢額外購買段存儲器插件。

四、遠程控制和流模式

一個更先進的方法是用電腦來控制示波器。如果你想要把示波器用在電子產(chǎn)品的故障檢測中，那你就需要詳細了解一下示波器提供的各種功能。

PC示波器在這方面就有很大的優(yōu)勢，因為它本身就是用來和電腦交互的。似乎大多數(shù)主流的PC示波器供應(yīng)商都提供各種語言下編程接口(API)：我發(fā)現(xiàn)大部分PC示波器都提供了C, C#, C++, MATLAB, Python, LabVIEW和Delphi開發(fā)例程。一些不出名的PC示波器是沒有API函數(shù)的，所以你要仔細核對待購買的設(shè)備是否具有該功能。

大部分的臺式示波器也有發(fā)送命令的功能，一般都會遵循一些的標準，例如VISA標準。但是，我發(fā)現(xiàn)這些臺式示波器似乎都有一個比PC示波器更慢的接口。也許是因為，對PC示波器來說，與PC接口的是一個至關(guān)重要的功能，而臺式示波器只是作為一個附加的功能。當(dāng)然，這說法也不是百分之百成立的，比如說一款Teledyne LeCroy的示波器，它似乎可以提供給你一些類似于PC示波器的功能(如多重窗口)。

除了控制示波器，另一個讓人感興趣的功能是流模式。流模式的數(shù)據(jù)是不經(jīng)過示波器的緩存，而是直接地通過USB接口或以太網(wǎng)等PC接口傳輸?shù)诫娔X上。與簡單通過命令來控制示波器相比，這個功能更加復(fù)雜，因為想要通過USB獲取更快的數(shù)據(jù)流絕非易事。但是，流模式卻帶來了更多有趣的特性，例如，你可以把你的示波器當(dāng)作軟件定義的無線電(SDR)的一部分。如果你真的想用流模式，請務(wù)必要仔細地閱讀說明書上關(guān)于流模式的限制的說明。

五、串行解碼

串行解碼是另一個非常有用的功能。如果你有一臺數(shù)字邏輯分析儀，那么它一般都會包括串行解碼的功能。但是，在示波器中，這個功能也是非常有用的。如果你要查找一個偶發(fā)的奇偶校驗錯誤，可以用示波器上的模擬顯示來觀察這個錯誤，看看是由于信號弱導(dǎo)致的還是因為噪聲引起的。

雖然很多示波器都帶有這樣的功能，但是很多是要求你另外購買的。一般情況下， PC示波器包含該功能且不需要額外付費，而臺式示波器會要求你另外付費。比如，在DS4000系列中，它要500美元，在安捷倫3000X系列中，要800美元，在泰克的3000系列中，需要1100美元。根據(jù)不同的供應(yīng)商，它可能包括多個協(xié)議或者只是包括一個協(xié)議。但是如果你想要所有的協(xié)議，它的費用可能比示波器本身還要貴。一般情況下，購買一個PC邏輯分析儀會比購買一個示波器軟件包還便宜。

我選擇PC示波器的另一個主要原因就是額外的功能不需要額外的費用!不用串行解碼時，你也可以觀察信號，看看是否有噪聲。有了內(nèi)置解碼功能，你可以很快地辨別出錯誤發(fā)生的位置。我錄制了一些串行解碼的例子，點擊鏈接進入http://v.youku.com/v_show/id_XODQ0Mzc2MjM2.html

六、軟件特征

我已經(jīng)好幾次在前面提到，你應(yīng)該檢查一下軟件真正包括了哪些功能。你也許會驚訝地發(fā)現(xiàn)一些需要付費的功能—例如，有時甚至FFT的模式或是高級數(shù)學(xué)通道的功能都是需要額外付費的。

我們常常希望能夠以一個合理的價格購買示波器的所有功能。在我之前也提過，安捷倫最近就聲稱他們將會在一個價格里面包括所有的功能。一旦這個實現(xiàn)了，那么就意味著只要500到1500美元就可以買到所有協(xié)議的解碼功能和所有的計算功能。慶幸的是，其他的供應(yīng)商將會跟隨著這個，也許最后會在購買價格里面包括這些功能。

如果您正在考慮購買PC示波器，即是沒有示波器硬件，你也可以到PicoTech的官網(wǎng)上免費下載和試用軟件，這可以讓你體驗一下PicoScope軟件的用戶接口有多么方便。一般情況下，你都是需要考慮多長時間能夠?qū)W會使用示波器的各種操作。

七、總結(jié)

這一次，我介紹了很多功能，包括用軟件來運行示波器。下一次我將會深入探討一下示波器其他的功能，比如外部觸發(fā)和時鐘同步，這些會讓整個專題看起來更加完善。

Ⅳ：如何選擇一個示波器?談?wù)動|發(fā)、信號發(fā)生器和時鐘同步

在這一關(guān)于如何選用示波器的系列的最后一部分，我將要講述一下觸發(fā)、信號發(fā)生器和時鐘同步，并且，我也會用一些總結(jié)來結(jié)束。

在之前的文章里包括了：第一部分，討論了探頭和臺式和PC示波器的物理特性;第二部分，舉例說明了核心的特征，例如帶寬、采樣率和數(shù)模轉(zhuǎn)換器;第三部分，主要是介紹了軟件。這些介紹僅僅是我個人的一個研究的記錄，而不是一個完整的指導(dǎo)書。但是我希望它們對你是有用的，在你們選擇示波器之前可以參考一下里面提到的一些要點。

圖13 使用pico示波器的任意波形發(fā)生器來測試連續(xù)信號的邊界

一、觸發(fā)方式

正確地觸發(fā)您的示波器可以讓您獲得更加有用的波形。最基本的觸發(fā)是一個“上升沿”或者“下降沿”，這個大部分人都會知道的。

是否要選用一個更加高級的觸發(fā)方式，這個是根據(jù)使用方案和示波器的一下其他的特征來考慮的。如果你有一個非常長的緩存深度或者是快速記錄一系列波形的能力，你可能就能使用一些基本的觸發(fā)，因為你可以輕易地將那些你不要的波形去除掉。如果你的緩存深度不夠，那你就需要選擇一個在確定的時間里的觸發(fā)。

在我詳細地介紹其他的方式之前，我想要提示的是你有時候也可以利用外部的設(shè)備來觸發(fā)。比如說，你也許有一個擁有無比優(yōu)越的觸發(fā)機制的邏輯分析儀，當(dāng)這個邏輯分析儀有一個“外部觸發(fā)”，那你就可以用你的邏輯分析儀來觸發(fā)你的示波器。

下面開始介紹其他的觸發(fā)方法。有很多辦法來尋找一些“異常的”脈沖，比如找一些比某些長度短的或者長的錯誤或者一個比規(guī)則的高度低的脈沖(也叫矮脈沖)。通過了解你的示波器的觸發(fā)和增加一些創(chuàng)意，你可以把更多的錯誤找出來并修正。比如說，在對一個嵌入式的控制器進行檢錯并修正的時候，在一個任務(wù)進行的時候你可以將它緊緊地與某一個I/O口相連接。在運用觸發(fā)來尋找“丟失脈沖”的時候，你可以在你的系統(tǒng)有沖擊的時候來觸發(fā)你的示波器，可以嘗試著看一看這個錯誤是否是一個電源引起的錯誤。

如果你是在操作一個數(shù)字系統(tǒng)，一定要看一些那些可以在很多協(xié)議上工作的觸發(fā)。比如，有些示波器就有這個性能，但是你將會需要一個附加的功能來對這些協(xié)議進行解碼。事實上，大多數(shù)的臺式示波器看起來都有這個性能，你只需要付額外的錢來使用它。

二、外部觸發(fā)輸入

大多數(shù)的示波器也有一個“外部觸發(fā)輸入”。這個外部的輸入不會在顯示屏上顯示但是可以用來進行觸發(fā)。特別是這個意味著你的觸發(fā)通道不會跟你的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道沖突。所以當(dāng)你想要一個通道上的完整的采樣率但是又不想觸發(fā)其他通道的說，你可以用“外部輸入”作為你的觸發(fā)。

擁有這些功能擺在前面板的示波器使用起來是相當(dāng)?shù)姆奖愕?，又或者你可以在設(shè)備的后面找到這個“觸發(fā)輸入”。

三、任意波形發(fā)生器(AWG)

這個嚴格上不是一個示波器必備的功能，但是一些包括發(fā)生器的示波器也是值得選擇的。這是一個標準的“信號發(fā)生器”，它可以生成例如正弦函數(shù)、方波和三角波等波形函數(shù)。一個更加優(yōu)越的叫做任意波形發(fā)生器的功能，讓你可以生成任何你想要的波形。

以前我也有一個非常古老的示波器叫做HS801也有這樣的任意波形發(fā)生器的功能?？刂栖浖梢宰屗浅］p易地生成正弦函數(shù)、方波和三角波，還有一些其他的波形。但是，生成任意波形的唯一的辦法是將你在其他的應(yīng)用中創(chuàng)造的波形文件下載下來，這就意味著我根本就沒有用到“任意”的這一部分的功能。所以這里就有一個經(jīng)驗是一旦你想要購買一個AWG的時候，請記住一定要確保它的軟件是可以使用功能的。

AWG也許也有一些其他的不同的特殊的功能，比如尋找跟隨著采樣率變化的最大的模擬帶寬。請記住一個特殊的規(guī)律：一個200MS/s 的數(shù)模轉(zhuǎn)換速率可以假定擁有一個100MHz的模擬帶寬，但是這個信號基本是沒有用的。你可以生成某個頻率的正弦信號，甚至你可以生成一個更低頻率的正弦波(比如10MHz)，它看起來是完美的，因為DAC的濾波器對這樣的高頻率會有一個平滑的作用。

更好的系統(tǒng)將會有一個低通濾波器去約束諧波，利用的是幾倍于輸出的濾波器平滑的DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣率。在pico的示波器6403D中，我使用了一個可以生成20MHz信號但是擁有200MS/s的數(shù)模轉(zhuǎn)換采樣率。相似的，也有HS5-530也有30MHz的信號帶寬，也相似地應(yīng)用了240MS/s的采樣率。一個5到10倍于模擬帶寬的采樣率看起來是比較標準的。

在示波器上添加AWG功能開啟了一些其他的新的有用的功能。當(dāng)實行一系列的協(xié)議解碼的時候，你可能會想要知道當(dāng)波特率輕微的變化的時候發(fā)生了什么事。你可以快速地通過重復(fù)記錄在示波器上的一系列的從AWG復(fù)制過來的數(shù)據(jù)包找到這個測試，并且調(diào)整AWG的采樣率去讓波特率輕微地降低或者是增加。

四、時鐘周期

最后的一項實用的功能是：在實際的應(yīng)用中，你可能會需要跟外部設(shè)備同步采樣率。示波器將會有兩個功能去做這個。一個是將會從示波器輸出一個時鐘信號，另一個將會允許你把一個外部的時鐘添加到示波器中。

一個常見的應(yīng)用是在多個示波器中同步捕獲的信號。你可以在任何你想要用一個同步捕獲辦法的應(yīng)用中使用這個。例如，當(dāng)你想要把示波器當(dāng)作是單數(shù)據(jù)速率的一部分的時候，你也許想要采樣的信號跟一個重新獲得的時鐘同步。

這個輸入的時鐘的周期經(jīng)典值是10MHz，雖然一些設(shè)備會允許你在幾個可選的頻率中選擇。如果這個時鐘源是其他設(shè)備的任何東西，你也許不得不做一些時鐘條件去將它變成一個時鐘源邊緣。

五、總結(jié)和相似的一些結(jié)論

在四個星期的時間里，我嘗試著通過解釋幾個在選擇示波器的時候應(yīng)該考慮的事項。就像前面所說的，因為我擁有的是pico示波器，所以一些例子經(jīng)常是設(shè)計到picoscope的。但是所有的都可以跟你可能擁有的任何的示波器有關(guān)聯(lián)。

在選擇一個設(shè)備的時候，我的做法是下載使用手冊并且仔細地研究它，特別是一些你發(fā)現(xiàn)的最重要的特征。雖然說明書會忽略一些細節(jié)，但是用戶手冊中經(jīng)常會標明你將要接觸到的一些限制的功能，比如FFT長度或者你可以得到的儲存深度。