3種常用的示波器

1、分類(lèi)

按丈量被測信號所使用的技術(shù)，它可分為模擬示波器、數字存儲示波器(DSO)和組合示波器(混合信號示波器，MSO)等幾大類(lèi)。

1.1模擬示波器

一臺完整的模擬示波器通常由陰極射線(xiàn)管CRT、Y通道、X通道和電源等幾部分組成。其中CRT主要包括電子槍、熒光屏和偏轉板三個(gè)部分。輸進(jìn)的被測信號經(jīng)放大直接加在Y軸偏轉板上，同時(shí)用一個(gè)與時(shí)間成正比的鋸齒波電壓加在X軸偏轉板上，使電子槍產(chǎn)生的電子束在靜電力的作用下產(chǎn)生偏轉，光點(diǎn)就會(huì )在熒光屏上描繪出被測信號隨時(shí)間變化的波形。為了顯示多個(gè)被測信號，通常在Y通道中插進(jìn)了通道轉換器，使它們輪流加到Y偏轉板上。為了保證加在X軸偏轉板上的鋸齒波電壓每次都從被測信號上的一個(gè)確定的點(diǎn)開(kāi)始掃描，以此穩定被顯示的波形，X通道一般都設有同步觸發(fā)電路。

1.2數字存儲示波器

數字存儲示波器(DSO)固然也由顯示器或CRT、Y通道、X通道和電源等幾部分組成，但Y通道中插進(jìn)了A/D轉換器、D/A轉換器和數字存儲器等。丈量過(guò)程中運用了數字信號處理技術(shù)，并在單片機的控制之下有條不紊的工作。首先按預先設定的時(shí)間間隔對被測的模擬信號采樣，然后，通過(guò)A/D轉換器將這些采樣值轉換成對應的數字量和循環(huán)存進(jìn)存儲器中。需要顯示丈量結果或分析結果時(shí)，單片機從存儲器讀出存進(jìn)的數據，處理后以數字方式或模擬方式將它們轉換成模擬波形或要求的形式顯示在顯示器上。由于這種示波器運用了采樣量化和數字信號處理技術(shù)，由此帶來(lái)了很多超越模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)。

1.3組合示波器

組合示波器(混合信號示波器，MSO)是將DSO和模擬示波器或邏輯分析儀或數字萬(wàn)用表(DMM)等兩、三種儀器有機組合在同一機箱中的混合型儀器，它集成了多臺儀器的功能和優(yōu)點(diǎn)，以此滿(mǎn)足用戶(hù)的更多更高的測試要求。

Agilent的54832D、54833D、54831D、54830D、54642D、54641D、54622D、54621D示波器，Fluke的190系列萬(wàn)用示波表、TK的THS700A系列示波器/數字萬(wàn)用表等是一些典型的組合型示波器。

2、特性

與模擬示波器比，DSO使用了采樣量化技術(shù)和晶振等器件，因此，具有更高的幅度丈量正確度和時(shí)間丈量正確度。DSO具有豐富的觸發(fā)功能，能存儲觸發(fā)前后的相關(guān)數據;能有效地丈量單次信號;能在同一時(shí)刻采集、存儲多個(gè)被丈量;能永久存儲測得的數據，包括制作成硬拷貝;能反復再現測得的波形;能對測得的波形數據進(jìn)行處理，如將測得的電壓、電流相乘，求得此時(shí)刻的功率，又如對測得的數據進(jìn)行統計分析，求均值、極值、數字濾波、積分、微分、作FFT運算等;DSO具有通用接口;能預先存儲測試序列和在微機的控制之下進(jìn)行自動(dòng)測試;對測得的數據能與事先設置的參考波形或一組波形參數進(jìn)行比較，如超出限定的范圍，則立即聲光告警或發(fā)中斷信號給主機等。

不過(guò)，DSO的造價(jià)一般都比模擬示波器高，丈量的實(shí)時(shí)性也不如它。模擬示波器的波形更新速率很高，最高超過(guò)400000次/s，它具有“無(wú)窮的分辨率”，每一時(shí)刻都能顯示該時(shí)刻的輸進(jìn)電壓，而DSO在“采集-存儲-再現”之間存在明顯的時(shí)間延遲。由于波形亮度變化正比于信號在某一特定電平的持續時(shí)間，因此，一些信號的變化也會(huì )在模擬示波器上以這種形式表現出來(lái)。DSO缺乏這種顯示效果。

盡管DSO還有一些地方需要改進(jìn)，性?xún)r(jià)比還需進(jìn)一步進(jìn)步，但是，它代表了電子示波器的發(fā)展方向。據前幾年的市場(chǎng)調查知，DSO的產(chǎn)銷(xiāo)量已占了整個(gè)示波器類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)量的80%以上，而且，此比例還在繼續增加。

3、選用

3.1類(lèi)型選擇

DSO是采樣示波器，樣點(diǎn)之間有一定的時(shí)間間隔，丈量是不連續的，顯示滯后實(shí)際情況，而模擬示波器對信號的丈量是連續進(jìn)行的，屏幕上的顯示是當時(shí)正在發(fā)生的情況，而且造價(jià)低。因此，模擬示波器比較適合丈量調頻、調幅、視頻、噪聲等信號，比較適合電子產(chǎn)品檢測、調整和維修等應用，以及基礎實(shí)驗儀器教育使用。

DSO丈量精度高、功能強，具有多種觸發(fā)能力和波形處理能力，能夠進(jìn)行自動(dòng)丈量等，因此，除常規波形丈量外，還很適合丈量單次、低重復速率信號，及在需要預觸發(fā)和對信號進(jìn)行分析處理等場(chǎng)合使用。如故障檢測、電源設計調試、通訊產(chǎn)品/電子產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)測試、瞬態(tài)研究測試等。

假如同時(shí)需要一臺儀器兼有DSO和邏輯分析儀、DMM等功能特性，或需要組合后形成的新特性，則可選用組合型示波器(混合信號示波器)。

3.2通道數目

觀(guān)測一個(gè)信號，可選用簡(jiǎn)易示波器;同時(shí)觀(guān)測、比較兩個(gè)信號，可選用雙通道示波器。雙通道示波器是最常用的示波器，因價(jià)格低廉，使用比較方便，已廣泛使用在實(shí)驗室和生產(chǎn)現場(chǎng)。假如需要觀(guān)測更多模擬信號之間的相互關(guān)系，則應選用四通道示波器。

隨著(zhù)被觀(guān)測系統數字成分的增加，傳統的雙通道示波器或四通道示波器已難以滿(mǎn)足同時(shí)捕捉足夠通道數目被測信號的要求。這時(shí)，應將示波器和邏輯分析儀等組合起來(lái)使用，或者使用一臺將幾種儀器組合在同一臺機箱內的組合示波器(如將16通道的分析儀集成在DSO中的混合信號示波器)，利用邏輯分析儀的觸發(fā)能力幫助示波器采集數據，同時(shí)丈量不同類(lèi)型和不同速度的信號。使用Agilent 54832D MSO進(jìn)行丈量的一個(gè)例子見(jiàn)“用混合信號示波器調試PCI總線(xiàn)”一文。

3.3帶寬和采樣率

帶寬是示波器垂直偏轉系統所具有的通頻帶的寬度。對模擬示波器來(lái)說(shuō)，對應能以不低于真實(shí)信號3dB的幅度來(lái)顯示信號的最高頻率。示波器的帶寬越寬，能丈量被測信號的最高頻率也越高。通常帶寬應為被測信號最高頻率的3倍以上;比值越高丈量結果越正確，但噪聲隨之增加。

DSO也有帶寬指標(重復帶寬、模擬帶寬)，這是與示波器的采樣速率相對應的一個(gè)指標。為了正確地表示信號的頻率和幅度，通常要求采樣速率應為被測信號的最高頻率分量的5~10倍，甚至10倍以上。對最高頻率為40MHz的信號，應使用最高采樣速率為200MS/s或400MS/s的示波器。

采樣間隔是采樣速率的倒數，因此，若研究的時(shí)間間隔為10ns，則應使用200MS/s的示波器。在觀(guān)測瞬態(tài)特性(如丈量上升時(shí)間)時(shí)，選用的采樣速率應保證在它的信號邊沿上采集到足夠的細節信息，也就是說(shuō)，必須采集到比較多的采樣值。

DSO還常給出單次帶寬，其含意是被測單次信號中的有效頻率分量應小于此頻率，否則，顯示的信號會(huì )有較明顯的失真。單次帶寬小于即是重復帶寬。

對模擬示波器來(lái)說(shuō)，示波器的帶寬與上升時(shí)間的乘積是一個(gè)為0.35~0.45的常數。帶寬越寬，上升時(shí)間越小。當被測信號的上升時(shí)間與示波器的上升時(shí)間(包括探頭的上升時(shí)間)的比值較大時(shí)，丈量誤差則較小。當此比值>5時(shí)，丈量誤差約為2%。

3.4觸發(fā)能力

模擬示波器常以電平方式或斜率方式觸發(fā)。雖能滿(mǎn)足很多常規丈量要求，但對一些特殊的丈量或復雜的丈量則無(wú)能為力，這時(shí)，必須使用DSO或MSO。如利用DSO的預觸發(fā)功能，在故障波形發(fā)生時(shí)刻觸發(fā)，觀(guān)測在此之前和故障發(fā)生時(shí)的情況，以便查明導致故障的原因。DSO一般還具有很多很有用的其他觸發(fā)功能。如，串行觸發(fā);用正向或負向毛刺進(jìn)行觸發(fā)，用一個(gè)寬度大于或小于給定值的脈沖進(jìn)行觸發(fā);以通道間的特殊圖形進(jìn)行觸發(fā);在給定時(shí)間內，由沒(méi)有任何變化的數字信號線(xiàn)觸發(fā)等等。

3.5記錄長(cháng)度

記錄長(cháng)度指示波器中可以?xún)Υ娴牟蓸狱c(diǎn)數。這是DSO特有的指標，按需要選擇即可。早期的DSO的存儲容量不大，只有幾K、幾十K;現在已發(fā)展到幾百K、幾M，甚至更大。而且，采用專(zhuān)用處理器控制進(jìn)進(jìn)存儲器的數據流和對這些數據進(jìn)行處理。

3.6其他

選用示波器時(shí)還應留意其他特性。如，探頭是否與示波器相配，是否適合特定的丈量任務(wù)。示波器使用起來(lái)是否方便，操縱是否簡(jiǎn)單等