介紹 對于許多技術(shù)人員來說，選擇新的示波器既困難又費(fèi)力。 - 有數(shù)百種不同型號可供選擇，規(guī)格和價(jià)格差異很大。本文由Pico Technology的技術(shù)總監(jiān)兼開發(fā)經(jīng)理Alan Tong撰寫，希望能引導(dǎo)您完成一系列考慮因素和可能的錯(cuò)誤。
以正確的順序做事
選擇示波器的第一步不是看廣告和規(guī)格，而是花時(shí)間思考你真正需要的東西，比如使用它和使用它的地方。您是應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室，客戶還是汽車引擎蓋下使用它。
·您需要測量多少個(gè)同步信號？
·您需要測量的最大和最小幅度是多少？
·哪個(gè)序列最高？
·您是否測量重復(fù)信號或瞬變和一次性事件？
·您是否需要在時(shí)域和頻域分析信號（頻譜分析）？
有了上述技能，您就可以開始考慮哪種示波器最符合您的需求。
模擬與數(shù)字 本文主要是關(guān)于數(shù)字存儲(chǔ)器，（存儲(chǔ)），示波器（DSO），因?yàn)樗鼈兪悄壳百徺I的大多數(shù)新型示波器，但建議從模擬技術(shù)開始，因?yàn)樗窃摷夹g(shù)的基礎(chǔ)。大多數(shù)電子技術(shù)人員有時(shí)使用模擬示波器并習(xí)慣其外觀和使用。今天購買的許多人都將模擬交換為數(shù)字示波器。 雖然仍有一些工程師誰愛的感覺和外觀，（和溫暖）模擬示波器中，有少數(shù)如果在DSO是不是更好任何功能 如果你還在餓了模擬桶的選擇是非常有限的，市場上的產(chǎn)品基于舊技術(shù)，性能往往非常有限。 購買二手模擬鏟斗最初可以被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)的，但在此之前，您應(yīng)該檢查備件可用性如何，因?yàn)楦呔S修成本會(huì)很快使購買變得不經(jīng)濟(jì)。 在模擬和數(shù)字之間的選擇中還有許多其他標(biāo)準(zhǔn)非常重要。 數(shù)字示波器： ·小巧便攜 ·擁有最大的帶寬 ·有能力捕捉瞬態(tài)和一次性事件 ·有彩色屏幕 ·提供屏幕上的測量 ·具有簡單的用戶界面 ·提供存儲(chǔ)和打印 ·可以在觸發(fā)點(diǎn)之前捕獲事件 現(xiàn)代DSO可以與ATE系統(tǒng)（自動(dòng)測試設(shè)備）完全集成，并與計(jì)算機(jī)連接。此外，DSO通常用作快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入設(shè)備，這使得每個(gè)信道的成本非常有利。
帶寬 要考慮的第一個(gè)特性是帶寬。這可以定義為可以通過前端放大器的最大信號頻率。因此，示波器的模擬帶寬必須高于您希望測量的最大頻率（實(shí)時(shí)）。 只有帶寬無法確保您的存儲(chǔ)桶能夠處理高頻率。所有示波器制造商都力求通過其設(shè)計(jì)獲得特定的頻率響應(yīng)。該頻率響應(yīng)稱為“最大平坦包絡(luò)延遲”（MFED）。這種頻率響應(yīng)提供了出色的脈沖再現(xiàn)，具有最小的過沖，下沖和振鈴。然而，由于DSO由放大器，衰減器，A / D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部布線和繼電器組成，因此MFED響應(yīng)是可以接近但從未實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。 值得注意的是，大多數(shù)DSO制造商將帶寬定義為-3 dB限制，即純正弦波信號衰減到其原始值的71％的頻率。或者不同，它允許信號給出29％的幅度??誤差。 還必須記住，如果信號不是純正弦波，它很少，它包含更高頻率的諧波。例如，使用20MHz軌道寬度桶測量的20MHz純方波顯示為靜音和失真波形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以說人們應(yīng)該購買一個(gè)帶寬至少比想要測量的信號頻率高五倍的桶。不幸的是，寬帶示波器很昂貴，所以你可能不得不在這里妥協(xié)。 某些示波器無法處理所有測量范圍的指定帶寬，因此請仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)表。
采樣率 使用模擬示波器時(shí)，生活很簡單：您只需選擇所需的帶寬。對于數(shù)字示波器，采樣率和存儲(chǔ)深度同樣重要。對于DSO，采樣率通常以每秒兆樣本（MS / s）或每秒千兆采樣（GS / s）指定。奈奎斯特準(zhǔn)則指出，采樣率必須至少是您要測量的最大頻率的兩倍：對于頻譜分析儀，這可能是正確的，但對于示波器，您需要至少5個(gè)采樣才能準(zhǔn)確地重建波形。 大多數(shù)示波器具有兩種不同的采樣率（模式），具體取決于被測信號：實(shí)時(shí)和等效時(shí)間采樣（ETS） - 稱為重復(fù)采樣。但是，ETS僅在您測量的信號穩(wěn)定且重復(fù)時(shí)才有效，因?yàn)榇四Ｊ酵ㄟ^連續(xù)采集建立波形來工作。 例如，Pico Technology 12位ADC-212/100將以100 MS / s的實(shí)時(shí)采樣，或者對于重復(fù)波形采樣為5 GS / s。圖1a顯示了采樣率為50 MS / s的20 MHz方波 - 與圖1b相比幾乎無法識別，相同的波以5 GS / s捕獲。現(xiàn)在，5 GS / s聽起來很棒，但請記住，如果信號是瞬態(tài)或變化（比如視頻波形），那么ETS將無法工作，您將不得不依賴于實(shí)時(shí)（單次拍攝）帶寬，這通常是低得多。 建議：范圍制造商喜歡強(qiáng)調(diào)最佳的聲音規(guī)格，因此如果引用的采樣率適用于所有信號，或者僅適用于重復(fù)信號，您可能需要仔細(xì)查看規(guī)格。您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)您計(jì)劃購買的范圍不符合“目的”。 某些示波器具有不同的采樣率，具體取決于使用的通道數(shù)。通常，單通道模式下的采樣率是雙通道模式下的兩倍：再次檢查規(guī)格。
圖1a：采集速率為50 MS / s的20 MHZ方波。
圖1b：以5 GS / s捕獲的20 MHZ方波。
記憶深度 記憶深度可能是DSO最不了解的方面，這是一個(gè)恥辱，因?yàn)樗亲钪匾闹弧?/span> DSO將捕獲的樣本存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器中，因此，對于給定的采樣率，緩沖存儲(chǔ)器的大小決定了在存儲(chǔ)器滿之前捕獲信號的時(shí)間。 采樣率和記憶深度之間的關(guān)系很重要; 具有高采樣率但內(nèi)存較小的示波器只能在前幾個(gè)時(shí)基上使用其全采樣率。圖2a顯示了使用1 k緩沖存儲(chǔ)器捕獲的200μs視頻波形。1 k緩沖存儲(chǔ)器將采樣速率限制為5 MS / s（1 k /200μs），即使示波器能夠以100 MS / s采樣。 乍一看，這似乎令人滿意地捕獲了波形。然而，當(dāng)波形擴(kuò)展為在色同步信號上“放大”時(shí)，顯示出小緩沖存儲(chǔ)器的限制（圖2b）。顏色突發(fā)（“步驟”底部的振蕩）持續(xù)約5μs，因此在正常視圖中只有25個(gè)點(diǎn)在內(nèi)存中表示，但是當(dāng)我們放大時(shí)，這幾個(gè)點(diǎn)用于填充屏幕。 圖2c顯示了視頻波形的相同色同步部分，但這次是在具有128 kB緩沖存儲(chǔ)器的示波器上捕獲的。我們有超過3000個(gè)點(diǎn)可用于表示色同步區(qū)，差異很明顯。
圖2a：使用1 K緩沖存儲(chǔ)器捕獲的200μs視頻波。
圖2b：當(dāng)波形擴(kuò)展以顯示色同步信號時(shí)，顯示小緩沖存儲(chǔ)器的限制。
圖2c：顯示相同的波形，這次使用128 kB緩沖存儲(chǔ)器。
現(xiàn)實(shí)世界的例子 為了理解帶寬，采樣率和存儲(chǔ)深度之間的關(guān)系，考慮一個(gè)真實(shí)世界的例子是有意義的。考慮嘗試捕獲一幀USB（1.1）數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀持續(xù)1毫秒，并以12 Mbps的速率傳輸串行數(shù)據(jù)。為了簡化我們的分析，我們可以假設(shè)我們必須捕獲12 MHz方波1 ms。 帶寬 - 為了測量12 MHz信號，我們需要絕對最小值為12 MHz，但這會(huì)產(chǎn)生非常失真的信號，因此具有至少50 MHz帶寬的示波器是明智的。 采樣率 - 為了重建12 MHz信號，每個(gè)波形需要大約5個(gè)點(diǎn)，因此需要60 MS / s的最小采樣率。 存儲(chǔ)深度 - 以60 MS / s捕獲數(shù)據(jù)1 ms需要最小存儲(chǔ)深度為60,000個(gè)樣本。
分辨率和準(zhǔn)確性 在數(shù)字電子產(chǎn)品中，1％的信號變化通常沒有問題，但在音頻電子設(shè)備中，0.1％的失真或噪聲可能是一種災(zāi)難。大多數(shù)現(xiàn)代DSO都針對快速數(shù)字信號進(jìn)行了優(yōu)化，僅提供8位分辨率（8位ADC），因此最多可以檢測到0.4％的信號變化（見表）。 對于8位，電壓范圍分為256個(gè)垂直步長（2 8 = 256）。選擇±1 V范圍時(shí)，這相當(dāng)于每步約8 mV。這對于觀看數(shù)字信號可能是足夠的，但是留下了觀察模擬信號所需的東西，特別是在使用頻譜分析儀功能時(shí)（如果有的話）。 對于音頻，噪聲，振動(dòng)和監(jiān)測傳感器（溫度，電流，壓力）等應(yīng)用，8位示波器通常不適用，您應(yīng)該考慮12或16位替代方案。 至于DSO的準(zhǔn)確性，它通常不被認(rèn)為太重要。您可以在幾個(gè)百分點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行測量（大多數(shù)8位DSO引用3％到5％DC精度）但是為了更精確的測量，您應(yīng)該達(dá)到萬用表。 使用更高分辨率的示波器，可以進(jìn)行更精確的測量（1％或更高），因此無需使用儀表！ 具有高分辨率（12位或更高）和高DC精度的示波器有時(shí)被稱為精密示波器 - 請參閱我們關(guān)于高分辨率示波器和FFT頻譜分析儀的應(yīng)用說明。
觸發(fā)功能 示波器的觸發(fā)功能在其信號的正確點(diǎn)同步水平掃描：這對于清晰的信號表征至關(guān)重要。觸發(fā)控制允許您穩(wěn)定重復(fù)波形并捕獲單次波形。根據(jù)所研究信號的類型，值得查看制造商提供的觸發(fā)選項(xiàng)。所有數(shù)字示波器都提供相同的基本觸發(fā)選項(xiàng)（源，電平，斜率，前/后觸發(fā)），但在更高級的觸發(fā)功能方面有所不同。更高級的觸發(fā)功能是否有用又取決于被測信號。脈沖觸發(fā)器對數(shù)字信號很有用，在跟蹤間歇性故障時(shí)，自動(dòng)保存到磁盤/存儲(chǔ)器選項(xiàng)可以提供很大幫助。 某些特定于應(yīng)用程序的觸發(fā)器（例如，磁盤驅(qū)動(dòng)器測試）通常作為額外費(fèi)用提供，并作為軟件或固件升級安裝。如果您可能使用這些“額外費(fèi)用”中的一個(gè)，請不要害怕與供應(yīng)商協(xié)商。這種“可選的額外”被免費(fèi)拋出以達(dá)成交易并不罕見。
輸入范圍和探針 典型示波器將提供±50 mV至±50 V的可選滿量程輸入范圍。使用10：1和100：1衰減示波器探頭可以測量更高的電壓，重要的是檢查示波器是否有小的您想要測量的信號的電壓范圍足夠大。如果您經(jīng)常測量小信號（小于50 mV），請考慮購買分辨率為12或16位的示波器。16位示波器的垂直分辨率是8位示波器的256倍，因此可以“放大”毫伏和微伏電平信號。 檢查您計(jì)劃使用的范圍探測是否匹配 - 或超出范圍的帶寬。一些制造商通過向示波器提供不合標(biāo)準(zhǔn)的探頭來節(jié)省成本，并且僅提供更高帶寬的探頭，這些探頭是從示波器中獲得最佳效果所需的，作為可選附件。大多數(shù)示波器探頭可以在1：1和10：1之間切換衰減。盡可能使用10：1設(shè)置，因?yàn)檫@樣可以最大限度地減少被測電路的負(fù)載，并在意外連接到高壓時(shí)增加過載保護(hù)。 對于非常高速的信號（> 200 MHz），無源探頭開始遇到由于電纜的電容返回到示波器而引起的問題。這可以通過投資有源FET探頭來解決，該探頭將緩沖放大器放置在探頭尖端中。為了測量高壓，例如±100 V，主電源和3相電壓，最安全的選擇是使用差分隔離示波器探頭。
構(gòu)成因素 DSO大致分為三類：傳統(tǒng)臺(tái)式，手持式和基于PC的。 專用的臺(tái)式數(shù)字示波器通常具有最高性能，并且將反映在成本中。FFT頻譜分析，PC接口，磁盤驅(qū)動(dòng)器和打印機(jī)等功能都是昂貴的可選附件。 手持式示波器對于移動(dòng)中的工程師具有明顯的優(yōu)勢，但要注意顯示器不良（在陽光下難以閱讀）和電池壽命短。對于給定的性能水平，它們也往往是最昂貴的選擇。 基于PC的示波器越來越受歡迎，因?yàn)樗鼈兿啾扰_(tái)式機(jī)提供了相當(dāng)大的成本節(jié)約。節(jié)省成本的原因是顯而易見的; 通過使用已經(jīng)放在桌面上的大規(guī)模生產(chǎn)的PC，您可以有效地免費(fèi)獲得大型彩色顯示屏，快速處理器，磁盤驅(qū)動(dòng)器和鍵盤。只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)即可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到文字處理器和電子表格，這也是一個(gè)很大的優(yōu)勢。 基于PC的示波器有兩種：外部和內(nèi)部。基于PC的內(nèi)部示波器通常采用PCI格式的插卡。理論上，這些應(yīng)該是成本最低的選擇，但這并不總是證明是正確的。PC卡的主要缺點(diǎn)是噪音 - PC內(nèi)部可能是一個(gè)非常嘈雜的電氣環(huán)境，有些卡確實(shí)受到影響。另一個(gè)問題是便攜性; 基于PC卡的示波器與一臺(tái)臺(tái)式PC配合使用。 基于PC的外部示波器采用小盒子的形式，通過USB端口連接到PC。通過將所有模擬電子設(shè)備保持在PC外部，可以避免噪聲問題。外部基于PC的示波器的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便攜性 - 它們可以與臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦一起使用。
加起來 像恐龍一樣，模擬示波器確實(shí)有它的一天。成本和性能參數(shù)確保了DSO的存在。它只是決定購買哪種類型。 在不同范圍之間進(jìn)行選擇時(shí)，請檢查以下內(nèi)容： 在購買前嘗試 - 并且不要害怕比較不同制造商的不同范圍。如果供應(yīng)商不提供“如果您不滿意”的“退款”，那么您最好不要與他們打交道。 對于更高成本的示波器，請進(jìn)行演示，并確保使用您想要測量的實(shí)際信號完成演示，而不僅僅是顯示范圍良好的信號。 購買任何示波器時(shí)，請?jiān)儐柹壊z查成本中包含的內(nèi)容。對于基于PC的示波器，請確保包含該軟件，并詢問您是否需要支付軟件升級費(fèi)用。對于臺(tái)式示波器，檢查連接到PC /打印機(jī)的電纜和軟件的成本 - 它可以增加總成本的50％。 檢查保修期。如果您的設(shè)備無法使用，供應(yīng)商是否會(huì)在維修時(shí)借出另一個(gè)？ 最后，在互聯(lián)網(wǎng)上查看示波器的獨(dú)立評論。 總之，按優(yōu)先級順序，它是帶寬，采樣率（實(shí)時(shí)和/或等效時(shí)間），然后是存儲(chǔ)深度。注意：大多數(shù)DSO上的帶寬和采樣率都不是升級選項(xiàng)，因此一旦您支付了高達(dá)60,000美元的任何費(fèi)用，您就會(huì)遇到自己的選擇。。