淺談模擬示波器和數字示波器的區別

在19世紀的歐洲，第一臺火車(chē)曾被馬車(chē)遠遠甩在身后。當時(shí)鐘指向了21世紀，高鐵時(shí)速已經(jīng)突破400公里，當年的那些馬兒現在只能賽馬場(chǎng)和動(dòng)物園見(jiàn)一見(jiàn)了。生活在摩爾定律面前讓以年為周期不斷被引爆，任何鼎盛在時(shí)代大潮面前終究只是一座小島。昨天還是欲求千金買(mǎi)馬骨，今天就已門(mén)前冷落車(chē)馬稀。模擬示波器就像是當年的馬車(chē)，也正在漸漸地淡出工程師的視野，在能夠預見(jiàn)的某天，他終將會(huì )徹徹底底的離開(kāi)我們，成為測量?jì)x器史書(shū)上即將翻過(guò)去的一頁(yè)。

1、曾經(jīng)的一代梟雄

最早的模擬示波器出現于20世紀初期，大概只有幾MHz的帶寬。也就是我們早些年見(jiàn)到的那種CRT顯示屏的示波器。原理比較簡(jiǎn)單，在高中物理中已經(jīng)有講過(guò)：模擬示波器內部會(huì )產(chǎn)生周期性的鋸齒波信號來(lái)控制銀光平電子槍的水平偏轉，被測的電壓經(jīng)過(guò)放大后控制熒光屏電子槍的垂直偏轉。這樣一來(lái)，光斑或者亮線(xiàn)就清楚的顯示在熒光屏上了，就是波形嘛。

2、一度被推上神壇

在數字示波器剛剛推出的時(shí)候，很多工程師對其是不信任的，他們覺(jué)得模擬示波器才是實(shí)時(shí)示波器，而數字示波器不是實(shí)時(shí)的。事實(shí)確實(shí)如此，因為數字示波器要先把一段數據采集到高速緩存里面，然后再停止采集，再由后面的處理器把緩存里的數據取出來(lái)再進(jìn)行內插、分析、測量、顯示。特別是在21世紀之前，這個(gè)數據處理的時(shí)間要遠遠長(cháng)于示波器采集波形的時(shí)間，也就是說(shuō)絕大多數的波形都被漏掉了(英文文獻稱(chēng)“dead time”，也即死區時(shí)間)。而模擬示波器在帶寬足夠的情況下，可以實(shí)時(shí)顯示電壓的變化情況，這在示波器發(fā)展過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

3、硬傷注定將被時(shí)代拋棄

模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)毋庸贅述，實(shí)時(shí)性好、原理簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。但是本身的儀器原理也包含了終將會(huì )被時(shí)代拋棄的硬傷。大抵有以下幾條：

一、帶寬有限：這絕對是致命硬傷。前面已經(jīng)提到，模擬示波器的輸入信號是放大后直接控制CRT顯示屏的電子槍偏轉。雖然放大器的帶寬可以越來(lái)預高，但是CRT電子槍的偏轉速度是有限的，對于高頻信號，電子槍的速度跟不上信號變化。因此，當前模擬示波器帶寬真的很難做上去。

二、無(wú)法存儲和分析：很多老工程師非常清楚，用模擬示波器保存波形是要拿相機拍照的，如果要測幅度、周期、上升時(shí)間，只能手動(dòng)去搞。要是想測相位差、功率這些，對于數字示波器這種只是勾選一下就能完成的事情，對于模擬示波器簡(jiǎn)直是體力活。

三、觸發(fā)能力太弱：基本只能邊沿觸發(fā)吧。想脈寬觸發(fā)?斜率觸發(fā)?根本不可能!更不要開(kāi)個(gè)圖形來(lái)做模板觸發(fā)這種腦洞大開(kāi)的觸發(fā)方式了。

四、性能不穩定：畢竟是大量的模擬器件，時(shí)間長(cháng)了之后指標就不穩了，溫漂也要比數字示波器嚴重的多。

4、示波器發(fā)展的新寵兒

在20世紀80年代開(kāi)始，數字示波器逐漸嶄露頭角。特別是隨著(zhù)高速ADC芯片和數字處理技術(shù)的發(fā)展，數字示波器在帶寬、觸發(fā)、分析、顯示方面全面超越了模擬示波器?，F在市面上在售的示波器基本全都是數字示波器了。

這里要強調的一點(diǎn)仍然是死區時(shí)間，這依賴(lài)的是數字示波器后面的處理和顯示速度。雖然在現有的技術(shù)水平下仍然無(wú)法做到實(shí)時(shí)處理，但是處理的速度越快，丟失的波形就越少，有關(guān)這方面性能是指標叫做——波形刷新率。因此大家選用示波器的時(shí)候也記得關(guān)注一下這個(gè)參數，畢竟對于200MHz帶寬示波器來(lái)說(shuō)，幾乎所有的品牌都會(huì )配1G的采樣率，但是波形刷新率就差好多了，國際品牌只做到的50K，甚至只有5k，而ZDS2024 Plus做到330k，波形觀(guān)測的死區時(shí)間就少了特別多，那示波器抓到異常波形的概率就更大了，這一點(diǎn)的差別還是很大的。