干貨：示波器該怎么選擇？

示波器自從問世以來，一直是最重要、最常用的電子測試儀器之一。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，示波器的能力在不斷提升，其性能與價格也五花八門，市場參差不齊。示波器看似簡單，但如何選擇，也存在許多問題。本文根據(jù)多年的經(jīng)驗，從幾個方面告知您在選擇示波器時應(yīng)注意的問題：

首先， 

您要知道用示波器觀察什么？

您要捕捉并觀察的信號其典型性能是什么？

您的信號是否有復(fù)雜的特性？

您的信號是重復(fù)信號還是單次信號？

您要測量的信號過渡過程的帶寬，或者上升時間是多大？

您打算用何種信號特性來觸發(fā)短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等？

您打算同時顯示多少信號？

您對測試信號作何種處理？

其次，確定測試信號帶寬 

帶寬一般定義為正弦波輸入信號幅度衰減到 -3dB 時的頻率，即幅度的70.7% 。帶寬決定示波器對信號的基本測量能力。如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法測量高頻信號，幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會消失，細節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失；如果沒有足夠的帶寬，得到的信號所有特性，包含響鈴和振鳴等都毫無意義。

一個決定您所需要的示波器帶寬有效經(jīng)驗—— “5倍經(jīng)驗準則”：將您要測量的信號最高頻率分量乘以5，使測量結(jié)果獲得高于2%的精度。

在某些應(yīng)用場合，您不知道你的感興趣的信號帶寬，但是您知道它的最快上升時間，這時頻率響應(yīng)用下面的公式來計算關(guān)聯(lián)帶寬和儀器的上升時間：Bw=0.35/信號的最快上升時間。

數(shù)字示波器帶寬有兩種類型：重復(fù)(或等效時間)帶寬和實時(或單次)帶寬。重復(fù)帶寬只適用于重復(fù)的信號，顯示來自于多次信號采集期間的采樣。實時帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率，且當捕捉的事件不是經(jīng)常出現(xiàn)或瞬變信號時就更為重要，實時帶寬與采樣速率緊密聯(lián)系。

帶寬越高越好，但是更高的帶寬往往意味著更高的價格，因此應(yīng)按照預(yù)算來選擇您要觀察的信號頻率成分。 

模擬(DRT)、數(shù)字(DSO)、還是數(shù)模兼合(DPO)。傳統(tǒng)的觀點認為模擬示波器具有熟悉的控制面板，價格低廉，因而總覺得模擬示波器 “ 使用方便 ” 。

但是隨著 A/D 轉(zhuǎn)換器速度逐年提高和價格不斷降低，以及數(shù)字示波器不斷增加的測量能力和實際上不受限制的測量功能，數(shù)字示波器已獨領(lǐng)風騷。

但是數(shù)字示波器顯示具有三維的缺陷、處理連續(xù)性數(shù)據(jù)慢等缺點，需要具有數(shù)模兼合技術(shù)的示波器，例 DPO 數(shù)字熒光示波器。

①A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率 

單位為每秒采樣次數(shù)(GSa/s )，指數(shù)字示波器對信號采樣的頻率。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丟失的概率就越小。

如果需要觀測較長時間范圍內(nèi)的慢變信號或低頻信號，最小采樣速率就發(fā)揮了作用，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數(shù)，需要調(diào)整水平控制旋鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著水平調(diào)節(jié)旋鈕的變化而變化。

有一個比較采樣速率和信號帶寬時很有用的經(jīng)驗法則：如果您正在觀察的示波器有內(nèi)插(通過篩選以便在取樣點間重新生成)，則(采樣速率 / 信號帶寬)的比值至少應(yīng)為 4∶1，無正弦內(nèi)插時，則應(yīng)采取 10∶1 的比值。

②屏幕刷新率/波形更新速度 

所有的示波器都會閃爍，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號，在這些測量點之間將不再進行測量，這就是波形捕獲速率，也稱屏幕刷新率，表示為波形數(shù)每秒( wfms/s )。一定要區(qū)分波形捕獲速率與A/D采樣速率的區(qū)別。

采樣速率表示示波器在一個波形或周期內(nèi)A/D采樣輸入信號的頻率；波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。

波形捕獲速率取決于示波器的類型和性能級別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會提供更多的重要信號特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時的異常情況，如抖動、矮脈沖、低頻干擾和瞬時誤差的概率。

一般來講，模擬示波器由于電路簡單，其屏幕刷新率較高，而數(shù)字存儲示波器( DSO )使用串行處理結(jié)構(gòu)每秒鐘可以捕獲 10 到 5000 個波形。為了改變數(shù)字示波器屏幕刷新率低的問題，數(shù)字熒光示波器采用并行處理結(jié)構(gòu)，可以提供更高的波形捕獲速率，有的高達每秒數(shù)百萬個波形，大大提高了捕獲間歇和難以捕捉事件的可能性，并能讓您更快地發(fā)現(xiàn)信號存在的問題。

③存儲深度 

存儲深度（也稱記錄長度）是示波器所能存儲的采樣點多少的量度。如果您需要不間斷的捕捉一個脈沖串，則要求示波器有足夠的存儲器以便捕捉整個事件。

將所要捕捉的時間長度除以精確重現(xiàn)信號所須的采樣速率，可以計算出所要求的存儲深度。存儲深度與采樣速率密切相關(guān)。您所需要的存儲深度取決于要測量的總時間跨度和所要求的時間分辨率。

現(xiàn)代的示波器允許用戶選擇記錄長度，以便對一些操作中的細節(jié)進行優(yōu)化。分析一個十分穩(wěn)定的正弦信號，只需要 500 點的記錄長度;但如果要解析一個復(fù)雜的數(shù)字數(shù)據(jù)流，則需要有一百萬個點或更多點的記錄長度。

在正確位置上捕捉信號的有效觸發(fā)，通常可以減小示波器實際需要的存儲量。

④通道能力 

包括通道數(shù)量和通道對地的懸浮能力和通道之間的隔離能力，您需要的通道數(shù)取決于您的應(yīng)用，對于通常的經(jīng)濟型故障查尋應(yīng)用，需要的是雙通道示波器，然而要求觀察若干個模擬信號的相互關(guān)系，將需要一臺 4 通道示波器，許多工作于模擬與數(shù)字兩種信號的系統(tǒng)工程師可以選擇混合信號示波器(MSO)，它將邏輯分析儀的通道計數(shù)及觸發(fā)能力與示波器的較高分辨率綜合到具有時間相關(guān)顯示的單一儀器中。

如果您測量三相電，可控硅等有源器件或線路，兩端之間沒有絕對的零點，即所謂的浮地信號，這時候從操作安全和精度出發(fā)，應(yīng)選用隔離通道示波器;如果比較多通道的時序和相移，應(yīng)選用兩通道以上示波器，這時通道之間的隔離更顯重要。

⑤示波器的性能和指標 

示波器的指標有很多：如垂直靈敏度、掃描速度、垂直精度、時間基準、垂直分辨率等等。示波器的性能取決品牌的質(zhì)量，關(guān)鍵在于質(zhì)量、穩(wěn)定性和校準服務(wù)等。

⑥相應(yīng)配套的附件和探頭 

容易忘記的一點是，當裝上探頭時，它就成為整個測試電路的一部分了，結(jié)果探頭將造成電阻性、電容性和電感性負載，使示波器呈現(xiàn)出與被測對象不同的測量結(jié)果。

因此，針對不同應(yīng)用配有相應(yīng)的探頭，然后選擇其中一種，使負載效應(yīng)最小，使信號得到最精確的復(fù)現(xiàn)。

由于 SMT 元件的發(fā)展，連接更困難，使用不同的附件滿足特殊需要。詳細見北京海洋興業(yè)科技有限公司專業(yè)文章“走向更好的測量，合理地選擇探頭和附件”。

⑦示波器功能的擴展性 

為了不斷適應(yīng)需求變化。示波器功能最好可以隨機擴展：

增加通道的內(nèi)存以分析更長的記錄長度

增加面對具體應(yīng)用的測量功能

有一整套兼容的探頭和模塊，加強示波器的能力

同通用第三方的 Windows 兼容的分析軟件協(xié)同工作，例如PATHWAVE INFINIIUM 應(yīng)用軟件。

增加附件，如電池組和機架固定件等

⑧示波器數(shù)據(jù)管理和通訊能力 

對測量結(jié)果的分析非常重要。將信息和測量結(jié)果在高速通信網(wǎng)絡(luò)中便捷地保存和共享變得日益重要。

示波器的互聯(lián)性提供對結(jié)果的高級分析能力并簡化結(jié)果的存檔和共享。示波器通過各種接口( GPIB 、 RS-232 、 USB 或以太網(wǎng))和網(wǎng)絡(luò)通信模式提供一系列的功能和控制方式。

⑨示波器的操作性能 

很顯然，如果您不能訪問各種功能，或者要花很多時間去學習它們，那么您的示波器將價值不大，適當?shù)呐嘤柡椭形牟僮鹘缑鏁鼓黄剖褂蒙系恼系K。

 新興技術(shù)的發(fā)展，示波器也一直在革新，主要體現(xiàn)在：主流的示波器帶寬已經(jīng)變?yōu)?GHz帶寬了，越來越多的電路已經(jīng)引入了Type C、MIPI、DDR 2、DDR3、以太網(wǎng)等高速總線設(shè)計，主流示波器帶寬需求呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，超過了2GHz，甚至需要6GHz。

另外，嵌入式電路的設(shè)計中有多種直流電源軌，5V 、3.3V 、2.0V、1.8V 、1.2V 、1.1V 等，每一種電源軌都有多個存在，他們的上電順序和掉電順序往往是有嚴格要求的，傳統(tǒng)的四通道示波器無法同時觀察他們的時序，更多通道的示波器成為剛需。

是德科技日前推出“全球首款 8 通道 RTSA 示波器”，這款示波器不僅擁有強勁的性能，還是最先在全部八個通道上同時提供 6 GHz 帶寬和 16 GSa/s 采樣率。

實際效果圖

是德科技的新型Infiniium MXR系列示波器（500 MHz至6 GHz）具有一流的8通道性能，可讓您快速解決異常和故障。

是德科技的新型Infiniium MXR系列示波器通過將8合1臺式解決方案的效率與前所未有的同時8通道性能相結(jié)合，為您提供從單純的故障診斷設(shè)備到解決方案級產(chǎn)品。它們在同類產(chǎn)品中排名第一，具有：在8個模擬通道上高達6 GHz的頻率，硬件加速的眼圖分析和實時頻譜分析。

是德科技的新型Infiniium MXR系列示波器通過將8合1臺式解決方案的效率與前所未有的同時8通道性能相結(jié)合，為您提供從單純的故障診斷設(shè)備到解決方案級產(chǎn)品。這些示波器在同類產(chǎn)品中排名第一，具有：在8個模擬通道上高達6 GHz的頻率，硬件加速的眼圖，實時頻譜分析以及全面的可升級性。詳細了解可以滿足您現(xiàn)在和將來的測量需求的示波器。

具體包括： 

①實時頻譜分析，使用重疊的FFT和高速存儲器，截獲概率高達100％。

②使用 ASIC，觸發(fā)執(zhí)行速度加快200多倍，眼圖生成速度提高50多倍。

③標配歷史模式和分段存儲器，可以查看超過1024個已采集波形此前的觸發(fā)事件。分段存儲器使示波器可以捕獲高達5,000個未來波形以便進行分析。

④深入的信號完整性和電源測試工具套件。

⑤超強識別錯誤能力，F(xiàn)ault Hunter只需用戶點擊兩下，便能熟悉各種信號并鎖定錯誤，無需再經(jīng)過 15 分鐘甚至更長時間的反復(fù)試驗。

⑥PathWave Infiniium離線分析軟件。

了解詳情請點擊：https://www.keysight.com/cn/zh/cmp/2020/introducing-the-world-s-first-8-channel-rtsa-oscilloscope.html?cmpid=ASC-101901&utm_source=ADSC&utm_medium=ASC&utm_campaign=109-1

掃描二維碼圍觀先進產(chǎn)品 

【參考資料】

1、《如何選擇合適自己需求的“趁手”示波器！》

2、《傳統(tǒng)示波器才做功能選擇，黑科技就要all in！》

3、《花幾分鐘時間，了解全球首款 8 通道 RTSA 示波器》

來源：付斌整理