示波器基礎(chǔ)系列之十一 —— 如何用示波器測量4個(gè)以上通道

“您好！我是XX研究院研究員XX。很感謝您的來信，我是檢測方面的初學(xué)者，您的附件讓我受益匪淺。我有個(gè)比較弱的問題想請(qǐng)教您：我們現(xiàn)場測量有超過8個(gè)量以上，現(xiàn)有的示波器似乎不能一臺(tái)同時(shí)接入這么多量，那么我計(jì)劃分別接不同的示波器，比如接4個(gè)，怎么樣可以保證之間沒有干擾或延遲呢？各個(gè)示波器之間是否需要共地連接呢？非常期待您的指導(dǎo)，祝您身體健康，工作順利！”

回答:

首先需要確認(rèn)您是需要同時(shí)測量8個(gè)以上參數(shù)還是要測量8種輸入信號(hào)。如果是前者，只是要測量8個(gè)以上的參數(shù)，解決方案很簡單：購買力科第四代示波器，可以同時(shí)測量12個(gè)參數(shù)。我上周發(fā)出郵件后得到幾個(gè)別答復(fù)，下面這個(gè)回答比較專業(yè)和全面。

我對(duì)該研究員的問題有點(diǎn)興趣，也深有同感。比如A公司的產(chǎn)品通常只能測量5個(gè)參數(shù)，是我向來痛批的缺陷。很多時(shí)候我們也需要同時(shí)測量10個(gè)以上的參數(shù)，但我的思維沒這個(gè)研究員那么飛躍和富有創(chuàng)意，我們通常的做法是對(duì)需要測量超過8個(gè)參數(shù)的信號(hào)測量兩遍，保存兩個(gè)波形，里面分別有不同的參數(shù)，這樣可以達(dá)到我們目的，也不需要考慮連接的問題和校準(zhǔn)的問題，感覺還是比較傻瓜的。該研究員的想法不錯(cuò)，但對(duì)現(xiàn)實(shí)的儀器而言，我覺得效率比較低效果也不好，這時(shí)候是否要同步校準(zhǔn)就已經(jīng)變得不那么重要。我倒有個(gè)想法：你們可以開發(fā)一個(gè)參數(shù)讀取軟件，當(dāng)波形觸發(fā)穩(wěn)定下來后可以讀取波形的所有被選擇參數(shù)，并通過另外一個(gè)獨(dú)立的界面顯示出來，這樣雖然參數(shù)不能隨時(shí)同步變化，但基本也滿足客戶需求。

這個(gè)回答顯然來自于資深人士，想法很好：開發(fā)一個(gè)參數(shù)讀取軟件，當(dāng)波形觸發(fā)穩(wěn)定下來后可以讀取波形的所有被選擇參數(shù)，并通過另外一個(gè)獨(dú)立的界面顯示出來。

如果是后者，您需要同時(shí)測量8種輸入信號(hào)，目前有多種方法可以測量多通道波形，但不一定對(duì)您的應(yīng)用都合適。我的博客上就此有一個(gè)答案如下:

“首先要確認(rèn)同時(shí)測量八路信號(hào)的情況。如果是低頻信號(hào)，且上升沿比較緩慢，則像NI的DAQ之類的數(shù)采卡就能輕松解決，如果是要求嚴(yán)格同步，則也有相應(yīng)的同步采集卡可以滿足。如果是非要用到示波器來采集的話，則可以使得兩臺(tái)4通道的示波器同步觸發(fā)，但要注意一般的示波器4個(gè)通道是輪流觸發(fā)，而不是嚴(yán)格意義上的同步觸發(fā)。PXI，VXI等具有同步觸發(fā)總線的模塊話儀器也是一個(gè)很好的選擇，Acqiris的digitizer可以做到3GHz的帶寬，8Gsps的采樣率，相信也能夠滿足大多數(shù)的需求。至于她提到的通道間的干擾和延遲說得是串?dāng)_（通道隔離度指標(biāo)）和同步精度，至于是否共地則取決于信號(hào)是差分還是單端。”

顯然，這個(gè)回答者看起來熟悉很多種儀器。下面我列舉出三種力科的方案：

１，混合信號(hào)示波器?！?/p>

混合信號(hào)測量是近年來的流行話題。很多時(shí)候我們會(huì)選擇混合信號(hào)示波器而不是邏輯分析儀，因?yàn)榍罢吒阋耍闷饋砀奖?。我查看了Agilent的邏輯分析儀16800系列的指標(biāo)，其通道數(shù)有34/68/102/136/204，采樣率最大為1GS/s,最大存儲(chǔ)深度32M。而力科的混合信號(hào)選件，通道數(shù)可達(dá)到36，采樣率2GS/s，存儲(chǔ)深度50M。和競爭對(duì)手A和T相比，在混合信號(hào)示波器上，力科擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)：通道數(shù)最多，采樣率最高，存儲(chǔ)深度最大，觸發(fā)方式最多，反應(yīng)速度最快。這方面我們將在后續(xù)文章中詳細(xì)解讀。但這種混合信號(hào)測量多通道的方案只能接數(shù)字信號(hào)０，１電平，承受的電壓范圍小，最大限度5V電壓輸入。

２，同步單次觸發(fā)后進(jìn)行測量。

我曾用這個(gè)方法幫工程師測試復(fù)雜的多路電源的時(shí)序關(guān)系。譬如現(xiàn)在的平板電視電源都是超過4路輸出電壓，特別是PDP電源，有的顯示屏需要13路電源。假如輸出電壓是V1,V2,V3…… 我們可以某復(fù)位信號(hào)Vrst作為觸發(fā)源進(jìn)行單次觸發(fā)，第一次測量Vrst,V1,V2,V3。在File菜單下的”Save Waveform”菜單中將第一次測到的這些波形保存為二進(jìn)制格式，通通過Recall Waveform的方式將這些波形回調(diào)到示波器屏幕，顯示為M1,M2,M3,M4.再以復(fù)位信號(hào)作為觸發(fā)源，這次可以外部觸發(fā)的方式，同時(shí)測量V4,V5,V6,V7。這樣V1-V7就全部同步顯示在示波器的屏幕上了。

３，多臺(tái)示波器一起工作。

這個(gè)方法我還沒有遇到客戶應(yīng)用過。實(shí)現(xiàn)真正的同步需要外部提供精確的時(shí)鐘源，在示波器的時(shí)基菜單中選擇外部時(shí)鐘作為示波器的時(shí)鐘。另外，需要將觸發(fā)信號(hào)通過功分器同時(shí)連接到多臺(tái)示波器的某個(gè)通道。如圖一所示。這個(gè)方法看起來容易實(shí)現(xiàn)，但精確的時(shí)鐘源成本太高了！如果不要求精確的同步，不需要外部時(shí)鐘，僅用相同觸發(fā)信號(hào)同步，這時(shí)候他們之間的時(shí)序誤差大概是幾百ps。附件中的另外一篇文章介紹了這種方法，請(qǐng)參考。

圖一同步兩臺(tái)示波器