如何選擇一個(gè)示波器-專題三

前兩個(gè)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(shí)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(gè)重要特征就是它能夠儲存多少樣本，即緩存深度。這個(gè)參數(shù)在高速采樣率下尤為重要---例如，在采樣率5GS/s時(shí)，一百萬個(gè)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(jià)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HantekDSO5202P，采樣率1GS/s的采樣率，但是只賣400美元，因?yàn)樗挠涗涢L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AgilentTDS2000C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(shí)，你可能就需要一個(gè)大的緩存來捕捉長時(shí)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(shí)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(shí)際上的將驅(qū)動緩存限制在500MS左右。然而我不得不承認(rèn)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(gè)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(gè)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(shí)上，示波器只是對采集到的信號進(jìn)行了FFT變換。一個(gè)明顯的區(qū)別是頻譜分析儀有一個(gè)“中心頻率”，你可以在中心頻率的任意一側(cè)測量實(shí)際帶寬。通過掃描中心頻率，你可以得到頻域中一個(gè)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(gè)特定的頻率（這個(gè)上限頻率往往是可以調(diào)節(jié)的）。這個(gè)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(gè)參數(shù)“FFT長度”，表示多少采樣點(diǎn)被用來計(jì)算FFT。這個(gè)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(gè)固定的FFT長度，例如只有2048個(gè)FFT長度。這個(gè)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(gè)范圍頻譜該怎么辦呢？因?yàn)槭静ㄆ鲗?shí)際上是從0Hz開始計(jì)算FFT，所以這個(gè)范圍只能顯示大約60個(gè)采樣點(diǎn)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(xì)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(shí)，設(shè)置合適的采樣率，讓2048個(gè)采樣點(diǎn)分布在0~20kHz附近，當(dāng)你放大波形的時(shí)候你也可以得到正確的細(xì)節(jié)。這種情況下，2048個(gè)FFT長度也是沒有問題的。

另外，為了提高水平方向的細(xì)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(jìn)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(jìn)行FFT。在這里我放大了頻譜的一部分，左邊是2048個(gè)點(diǎn)的，右邊有131072個(gè)點(diǎn)。

圖1不同F(xiàn)FT長度的頻譜分析對比圖

選擇示波器時(shí)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RigolDS2000DS4000DS6000，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(gè)采樣點(diǎn)。相比之下，PC示波器是比較好的，因?yàn)樗鼈兛梢栽诟痈咝阅艿腜C上做FFT分析，而不是僅僅局限于DSP處理器或者是一個(gè)FPGA處理器。比如說，Pico6403D允許FFT的長度達(dá)到1，048，576個(gè)采樣點(diǎn)。