如何選擇一個示波器，有哪些隱藏參數(shù)需要注意

市場上如此多種類的示波器，該選擇哪一款呢？示波器的廣告宣傳中，往往會凸顯帶寬和采樣率兩個非常重要的參數(shù)。但是，還有哪些隱藏在說明書中的參數(shù)需要我們關注呢？

選擇示波器的時候，我做了詳細的記錄，這里想跟大家分享一下，我是如何選擇一臺示波器的！我研究了市場上幾個品牌的示波器，最后，選擇了一款Pico示波器，所以，相對于其他示波器，我將會重點介紹這款示波器。但是，內容可能有些簡單，因為我沒有太多的示波器，所以不能將拍成照片放在文章中。我也不是Pico的員工，在這里我會嘗試著放以一些其他有這個系列產品的供應商的例子來保持平衡。

這個系列由四個專題組成。下次專題二，我在討論寬帶和采樣率。本次專題一將介紹示波器的物理特性：臺式示波器和PC示波器的探頭類型和數(shù)字輸入。下一次，我將會討論示波器的核心參數(shù)，像帶寬、采樣率、模數(shù)轉換的分辨率。之后，我將會介紹運行在示波器上的軟件和一些細節(jié)，比如遠程控制，快速傅立葉變換（FFT），數(shù)字解碼和緩存。最后，將會介紹其他的一些參數(shù)，像外部觸發(fā)和時鐘同步，還有總結一下我已經介紹過的示波器參數(shù)。

Ⅰ：如何選擇一個示波器？先談談示波器的物理特性

一、你是想要PC示波器的還是臺式示波器？

這是兩種不同的設備類型，可根據(jù)需要去選擇示波器的類型。很多人喜歡用臺式示波器，因為它可以直接放在試驗臺上測試電路信號，而不需要配置一臺電腦才能使用。也有人喜歡PC示波器，通過USB來連接到電腦上使用。我一直以來都比較喜歡于PC示波器。首先是它只需要占用很小的地方，例如，我可以將示波器垂直地放在桌子，這樣就可以節(jié)省了一些地方（如圖1所示）。

圖1 垂直放置示波器

我喜歡PC示波器的另一個原因是，它能夠用電腦的鍵盤和鼠標來設置示波器，尤其是在用高級觸發(fā)時，鍵盤和鼠標更加方便。另外，當你想要進行屏幕截圖或者存儲數(shù)據(jù)時，直接在用鼠標在電腦上操作就行，而不必先保存在示波器內，然后再通過一個U盤或者其他類似設備將其拷貝到電腦上。

當然USB示波器也有一些缺點。人們抱怨最多的可能就是沒有按鈕控制功能，不過這個也是很容易解決的。

圖2中你可以看到USB的“旋鈕板”，那是我自己做的。旋鈕的每次旋轉都會發(fā)送一次“鍵擊命令”，只要你的PC示波器激活自定義快捷鍵、改變輸入范圍和時基等功能。一般情況下，我還是用鍵盤和鼠標，因為我發(fā)現(xiàn)有時他們比旋鈕好用。如果你喜歡這個設計，你可以在我的博客上找得到。

圖2 自制示波器旋鈕

擁有一款PC示波器也意味著你能夠擁有一個大尺寸的屏幕。一款高端的示波器可以在12.1英寸的屏幕上顯示，但是你可以用200美元或者更低的價格為你的電腦購買一個22寸的顯示屏來顯示波形。如果你的示波器的軟件支持多個窗口的話，那你就可以像圖3中那樣來設置多個顯示界面。

圖3 軟件顯示多個窗口

對于我個人來說，我更加喜歡我的電腦上一次只顯示一個界面。當然，如果你不想用你的電腦來配套示波器使用的話，這時你也許需要的就是一臺臺式示波器。

二、地線在哪里？

對PC示波器，人們抱怨最多的是它探頭的地線跟USB的地線是連接在一起的！所以你需要確保在測試時，PC示波器和電腦的地線間沒電壓差。

其實，大多數(shù)示波器在進行測試時都需要考慮這個情況，不管臺式示波器還是PC示波器。如果你用歐姆表來檢測一下，你會發(fā)現(xiàn)那個 “探頭地線”實際上也是和臺式示波器的系統(tǒng)地連接在一起。至少我曾經測試我購買的幾臺其他品牌的示波器，都是這樣的情況。因此對PC示波器存在抱怨是不太公平的。

你也可以選用差分或者隔離示波器，他們主要用來消除在不同輸入端之間的接地回路問題。他們也能給您更多的測量靈活性。比如說，如果你想要測試經過“高側分流電阻”的電壓，你就可以用差分示波器來測量了，TiePieHS4 DIFF差分示波器就可以實現(xiàn)這種測量。當然，你也可以給普通單端示波器購買差分探頭，同樣可以實現(xiàn)差分測量。大多數(shù)的供應商都制作這樣的探頭（安捷倫、泰克、PicoTech和Rigol等）。

三、輸入信號類型

幾乎所有的示波器都有直流耦合和交流耦合的輸入，你有時可能想要去對比示波器的最小量程和最大量程。其實，不要太過考慮那些所謂的上限和下限，除非您有很特殊的要求。當您考慮示波器的最大輸入范圍時，請記住你很有可能需要用到10:1的探頭，這就意味著一個有±20V的輸入范圍的示波器可以在10:1的探頭的幫助下變成范圍為±200V。

當考慮示波器的最小輸入范圍時，噪聲是完全可以讓你抓狂的！例如，示波器有一個1mV/div的范圍，那么你就必須要考慮噪聲的影響。測量一個非常小的信號時，一般不要在測量端使用有源探頭。比如，你想要測經過分流器的電流的時候，是完全可以用差分放大芯片自己動手制作一個。

除了真正的測量范圍，你可能也會對“偏置范圍”感興趣。在DC耦合時，大多數(shù)示波器都能夠去掉一個固定的電壓（用偏置功能）。例如，你可以在一個最大1.0V的輸入范圍下測試1.2V的輸入電壓，因為示波器是可以先將信號上減少1V。當然，當你需要在一些固定的電壓上去掉更小的信號時，將會更加方便。

另一種常見的輸入類型是50Ω阻抗輸入。正常情況下，這就意味著示波器可以在AC、DC和DC50輸入類型間切換。DC50的意思就是輸入是有50Ω的阻抗的。一般用到更高模擬帶寬的示波器上有這個功能。例如，它可以測量一個50Ω阻抗SMA連接器端輸出的時鐘信號。另外，50Ω的輸入阻抗可以簡化示波器與其他的實驗儀器進行連接的步驟（不用額外配置1MΩ轉50歐阻抗轉換器）。如果你也想要用一個低噪聲的放大器去測量一個非常小的信號，那也是沒有問題的，因為你可以準確地將低噪聲放大器的輸出關閉。

如果你最后需要DC50的終端，你可以購買一個50Ω的直通端子，最高配套1GHz 帶寬的示波器使用?？梢灾苯舆B接在示波器前端，從而獲得50Ω的輸入阻抗。

一個大型的示波器公司往往會有不同帶寬、不同輸入范圍，不同型號的產品。比如說，Pico5000系列最高帶寬200MHz， DCAC高阻抗輸入。Pico6000系列的示波器500MHz帶寬及其以下的型號輸入類型有DCACDC50。6000系列1000MHz帶寬的示波器下只有50Ω的輸入阻抗。其他的供應商幾乎也是這樣：在最高的帶寬下也是有50Ω的輸入阻抗，中等帶寬的示波器有DCACDC50三種輸入類型，低帶寬示波器只有DCAC模式。

四、探頭的質量和類型

在日復一日的使用中，沒有什么東西能夠跟你的示波器的探頭質量那樣影響著你。這是你與示波器的互動橋梁。

大多數(shù)“標準”的示波器探頭是跟圖4中的照片一樣的。

圖4 通用探頭

它們是可調檔位從1:1到10:1的衰減，10:1是對輸入信號衰減10倍。值得注意的一點是，在1:1的模式下，大多數(shù)的示波器擁有非常有限的帶寬—一般是小于10MHz。然而在10：1模式下可能會有300MHz的帶寬！另外，10:1模式下的負載更小。更高帶寬的探頭通常只有10:1模式。我猜想是因為高頻時，頻繁的切換探頭衰減檔位會損壞。

首先要檢查的是探頭的頂尖是否是可以移除的。如果你弄壞了頂尖，它是很方便的換一個頂尖，而不是把整個探頭都更換了。如果你是在探測一個PCB板，它可以很容易探測測量點。當然，一般的探頭都會有一個適配器，用于專門測試PCB的，而不是只有一個探頭尖端。老款的安捷倫的1160A探頭就是有這樣一個尖端。

我很喜歡的一款是帶彈簧夾的探頭（圖4中）。它的尖端比標準探頭小一些，彈簧支撐的作用讓它更加容易地與焊接接頭相連。你可以使用一些力氣來戳穿氧化層，彈簧支撐的器件可以讓你準確地觸摸到接頭。另外，你甚至可以這樣做—將探頭穿過焊錫表面。它上面也有一些塑料的防護層，這些可以將標準的接口器件規(guī)格（例如1.27mm，1mm，0.5mm，0.8mm）加到TQFPSOICTSSOP封裝形式的探頭。

圖4是Pico6000系列標配的探頭，可以有通過型號區(qū)分：TA150（350MHz帶寬）或者TA133（500MHz帶寬）。但是我要說明的是，安捷倫也在賣一款同樣的探頭—型號為N287xA—作為一種附件。相似的，力科也在賣類似的探頭—PP007，羅德與施瓦茨也賣類似的型號—RTM-ZP10，同樣也有相似的附件。但是我懷疑他們的探頭出來自同一個供應商。根據(jù)你自己的需求和選項，如果你單獨地訂購這些探頭的話，它的價格在$200到$400之間。

Pomona Electronics 也在賣同樣的探頭，型號為6491到6501（不同的型號，帶寬不同）。一款150MHz（6493）的探頭，它在Digi-Key、 Mouser 和Newark element14上售賣也就幾十到一百美元。這個探頭是跟一開始的彈簧式的不同的，但是如果你對帶寬的要求不高的話，可以選擇購買它。

圖5 探測電路

如果你在使用一個高帶寬的探頭的話，那你要關心的是頻率響應的平滑度。一個探頭標稱帶寬1GHz，電壓幅值在1GHz時會下降3dB。但是無良商家制造的產品不會有一個非常平滑的頻率響應或者在-3dB點處沒有下滑。

在使用高帶寬的探頭的時候，接地將會是非常的重要的一個問題。經典的鱷魚夾也許不會消失！一個最簡單的附件是跟在圖5中顯示的那樣的。也許會有更多更加適合的可用的接地的配件，這些可以查一下探頭自帶的一些說明文件。

不要擔心不能為你自己的探頭配置附件。圖6中顯示的探頭支架是我用一個可調的機械手制作的。

圖6 為探頭配置可調機械手

五、數(shù)字輸入

最后，講一下混合數(shù)字示波器，即，同一款示波器既有模擬通道，也有數(shù)字通道。這里也是個人的選擇：也許你會想要一個單獨的數(shù)字分析儀，或者是你希望將它內置到你的示波器中。

我自己選擇了一個基于PC的單獨的數(shù)字邏輯分析儀。數(shù)字邏輯分析儀可以以一個比較低的價格從很多供應商那里購買。根據(jù)我的經驗，跟一個不帶邏輯分析儀的示波器相比，帶有邏輯分析儀的示波器更加不劃算。當你在評價它的時候，一定要看清楚通道數(shù)、最大采樣率、緩存大小和邏輯分析儀能夠解碼的信號種類。

當一個系統(tǒng)集成商建議你買一個示波器和分析儀組合在一起的儀器來獲得數(shù)字和模擬信號的同步的時候，請記住這些儀器的一般都是可以輸出一個觸發(fā)信號的。所以如果你的示波器在開始捕捉模擬信號時，可以產生一個觸發(fā)信號，那么你完全可以在數(shù)字邏輯分析儀同步捕捉同步的數(shù)據(jù)（反之亦然）。

六、內容預告：示波器的核心參數(shù)

這次我主要介紹了選擇一臺示波器時，需要考慮到的示波器的物理特性。下次將更多的介紹示波器的核心參數(shù)，像帶寬、采樣率和分辨率等。

Ⅱ：如何選擇一個示波器？討論示波器的寬帶和采樣率

這是如何選擇一個合適示波器專題系列的第二章，它不是一個完整的選型指南，而是我研究之后所做的總結。其中可能介紹到一些您不曾注意到的細節(jié)，希望對大家有所幫助。

第一章主要講述了PC示波器和臺式示波器的區(qū)別，同時討論了示波器探頭的主要特點。本章主要討論一下示波器的核心參數(shù)：模擬帶寬、采樣率、AD分辨率。

一、模擬帶寬

目前已經有太多的文章介紹模擬示波器的帶寬，所以這里我不再花太多時間來介紹。簡言之，帶寬就是功率的一半或者-3dB幅度時的頻率，如圖1所示，功率一半也就是電壓的1/ ， 例如，用一個100MHz帶寬的示波器采集一個10MHz，1V的正弦波，此時示波器采集到一個標準的正弦波。隨著輸入信號頻率的增加到100MHz時，采集到的正弦波的振幅變?yōu)?.707V左右。

圖7 帶寬是功率一半或者-3dB時的頻率。如果輸入一個固定振幅的波形，增加信號頻率，-3dB的位置即是示波器的電壓幅值為實際幅值的0.707倍。

不幸的是，實際應用中我們很可能需要測量的是方波（例如數(shù)字系統(tǒng)）而不是正弦波。因為采集方波需要遠高于基本波形的頻率。最常用的原則是選擇一個帶寬是待測數(shù)字系統(tǒng)最高信號頻率5倍的示波器。例如，一個66MHz的時鐘信號需要一個330MHz帶寬的示波器。

我用Python 腳本編寫一個模擬濾波器，先對方波進行濾波，然后繪制出濾波結果。圖2 顯示了分別用一個50MHz， 100 MHz， 250 MHz，500 MHz 帶寬對50 MHz方波信號濾波的結果。

圖8 用一個50MHz， 100 MHz， 250 MHz，500 MHz 帶寬對50 MHz方波信號采樣的結果

二、采樣率

除了示波器的模擬帶寬外，采樣率也是非常重要的參數(shù)。采樣率的單位是MS/s（Megasamples per second）或GS/s（Gigasamples per second）。一般情況下，各個示波器公布的采樣率參數(shù)都是指單通道最高采樣率。如果一臺兩通道的示波器，公布的采樣率參數(shù)為1GS/s，兩個通道同時使用時，每通道的最高采樣率為500MS/s。

所以，你需要多高的采樣率？對奈奎斯特定律熟悉的人，可能簡單的認為采樣率僅為待測信號帶寬的2倍即可。但是當根據(jù)這個原則采集信號時，信號往往是失真的。當然，更高的帶寬和采樣率下，這個定律是非常適用的，例如，5倍的采樣率。圖3顯示了用50MHz示波器采集25.3MHz的方波。此時，方波信號嚴重失真。然后，如果只將采樣率提到到100MS/s，一下子還真無法認出是方波。與100MS/s的采樣率相比，500MS/s采樣率采集出來的信號更像是方波信號（但是由于示波器帶寬的限制，方波還是被磨平了一些）

圖9 用100MS/s采樣率采集25.3MHz的方波信號，嚴重失真。用500MS/s采集出來的信號看起來有點像方波信號的。

三、等時間采樣（ETS）

一些示波器有一個等時間采樣模式，一個快速采樣模式。如PicoScope 6000系列采樣率為5G/s， 其在ETS模式下，單通道采樣率能夠達到200GS/s，四個通道同時使用時，ETS采樣率高達50GS/s。

值得一提的是ETS模式下高采樣率是通過AD采樣時鐘精確的相位偏移實現(xiàn)的。該模式適用于穩(wěn)定的周期信號。因為一段時間之后，波形將重建。簡言之，就是一個周期采集一個數(shù)據(jù)點，下一個周期在采集一個采樣點，兩個采樣點有固定的相位差。采集多個周期之后，會將這些點合成一個周期的波形。

四、ADC分辨率

還有一個常常需要考慮的核心參數(shù)：AD分辨率。即模擬波形如何映射到數(shù)字波形的。一個8位的ADC表示可以將模擬波形分為28=256等份。例如示波器的測量范圍是±5 V ，峰峰值10V，表示示波器能夠分辨的最小電壓為10V/256=39.06mV.

這也告訴我們數(shù)字示波器一個事實：選擇盡可能小的測量范圍，以便于獲得更準確的測量結果。測量范圍±1V，8位分辨率分辨的最小電壓7.813mV。但是往往待測信號摻雜其他信號，例如一個帶負載的開關，剛打開的瞬間會有一個7V的尖峰，然后才回到正常的0.5V。如果你想要測量該尖峰，那么你就不能用最小的測量范圍。

一個12位的分辨率的示波器，當測量范圍為±5 V（峰峰值10V），將模擬信號分成212=4096等份，最小可分辨電壓為2.551mV。如果分辨率為16位，10V峰峰值電壓范圍被分為216=65536份，最小分辨電壓0.1526mV。一般情況下，我們需要在高分辨率慢速ADC和低分辨率快速ADC之前作出取舍。但是Pico Technology 的柔性分辨率5000系列示波器是一個例外，因為它允許你動態(tài)的在8位、10位、12位、14位、15位、16位分辨率進行切換。不過分辨率的選擇同時使用的通道數(shù)量和最高采樣率。

一般的示波器都是8位的ADC分辨率，當然也有一些高分辨的示波器。但是這些高分辨率是固定的，無法改變。所以在購買示波器時，我們必須選擇要買高分辨率的示波器還是高采樣率的示波器（分辨率高，采樣率相對就低一些）。有些聰明的示波器廠家說他們的示波器可以使用8-14位的分辨率，也可以選擇不同的采樣率。他們可以單賣采集板卡，讓用戶可以將原有的示波器升級到更高的分辨率。TiePie就是這樣做的。除了之前提到的柔性分辨率示波器，Pico Technology 也有最高14位的固定高分辨率示波器。一些其他大的示波器廠家也有高分辨率示波器。例如 力科HRO高分辨率示波器（12位分辨率）。

許多示波器表明可以有等效高分辨分辨率或軟件分辨率增強功能。這是通過濾波實現(xiàn)的一種軟件增強技術。該技術可能對測量信號的帶寬有一定的影響。千萬要注意，一個實際12位，100MHz帶寬的示波器跟通過8位分辨率，100MHz示波器軟件增強技術實現(xiàn)12位分辨率是不一樣的。

用示波器的FFT模式（通常稱為頻譜分析儀模式），我們可以看到高分辨ADC和增強的分辨率的不同。如果只需要在屏幕上觀看時域波形，那么我們可能不會注意14位分辨率的精確度或者其他。但是，如果需要測量諧波失真（THD），或者其需要精確測試頻率的應用，高分辨是直觀重要的。

圖10 不同分辨率下的顯示效果

Ⅲ：如何選擇一個示波器？討論示波器的軟件特征

該系列我們將來討論PicoScope示波器的軟件特征，例如，遠程控制、FFT、數(shù)字解碼和緩存大小等。

前兩個系列，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)和時鐘同步，并且我會總結一下所有我講過的東西。

一、儲存深度

數(shù)字示波器通過ADC轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號，然后將其存儲在存儲器中，所以示波器的一個重要特征就是它能夠儲存多少樣本，即緩存深度。這個參數(shù)在高速采樣率下尤為重要---例如，在采樣率5GS/s時， 一百萬個樣本（1MS）意味著能夠存儲200μs的數(shù)據(jù)。一般情況下，一臺低價位的示波器只有很小的緩存空間。在網上你可以看到一款這樣的示波器Hantek DSO5202P，采樣率1GS/s 的采樣率，但是只賣400美元，因為它的記錄長度只有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Agilent TDS2000C的示波器就只有2.5K的緩存深度。如果你只關注觸發(fā)信號，那你可以選用更小緩存的示波器。但是，當用觸發(fā)也無法捕捉到一些特殊故障時，你可能就需要一個大的緩存來捕捉長時間連續(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置示波器的所有參數(shù)，但是該軟件實際上的將驅動緩存限制在500MS左右。然而我不得不承認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。事實上，示波器只是對采集到的信號進行了FFT變換。一個明顯的區(qū)別是頻譜分析儀有一個“中心頻率”，你可以在中心頻率的任意一側測量實際帶寬。通過掃描中心頻率，你可以得到頻域中一個非常大范圍內功率圖表。

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到某個特定的頻率（這個上限頻率往往是可以調節(jié)的）。這個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參數(shù)“FFT長度”，表示多少采樣點被用來計算FFT。這個參數(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固定的FFT長度，例如只有2048個FFT長度。這個可以看得到0-100MHz 的所有頻率，但是如果你想要放大觀測95-98MHz這個范圍頻譜該怎么辦呢？因為示波器實際上是從0Hz開始計算FFT，所以這個范圍只能顯示大約60個采樣點的頻譜。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。當然，如果你想要精確的測量1-10kHz范圍的頻譜時，設置合適的采樣率，讓2048個采樣點分布在0~20kHz附近，當你放大波形的時候你也可以得到正確的細節(jié)。這種情況下，2048個FFT長度也是沒有問題的。

另外，為了提高水平方向的細節(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行FFT。在這里我放大了頻譜的一部分，左邊是2048個點的，右邊有131072個點。

圖11 不同F(xiàn)FT長度的頻譜分析對比圖

選擇示波器時需要注意：低端小緩存示波器往往有很短的FFT長度。當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Rigol DS2000DS4000DS6000，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個采樣點。相比之下，PC示波器是比較好的，因為它們可以在更加高性能的PC上做FFT分析，而不是僅僅局限于DSP處理器或者是一個FPGA處理器。比如說，Pico 6403D允許FFT的長度達到1，048，576個采樣點。

三、段存儲器

我認為示波器必須具備的一個功能就是段存儲器。這就意味著你可以設定一個觸發(fā)事件，連續(xù)采集多個的波形。對于一些偶發(fā)性毛刺，段存儲器可以幫助您更快的找到它。

圖2中顯示的是PicoScope軟件上的段存儲器查看器，可以設置高達10，000存儲段，同樣Rigol DS4000和DS6000中也有該功能，它們稱之為“幀”，最高記錄200，000幀。一旦捕捉了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)段/幀，你可以手動查看各個緩存，從中查找錯誤，或者用一些其他的功能，例如遮罩測試高亮顯示各個幀/存儲段中的異常數(shù)據(jù)。

圖12 段存儲器顯示窗口

有些示波器會把段存儲器作為一個插件，例如，安捷倫示波器中除了3000X系列默認有段存儲器的功能外，其他系列的示波器默認的沒有這個功能，除非花錢額外購買段存儲器插件。

四、遠程控制和流模式

一個更先進的方法是用電腦來控制示波器。如果你想要把示波器用在電子產品的故障檢測中，那你就需要詳細了解一下示波器提供的各種功能。

PC示波器在這方面就有很大的優(yōu)勢，因為它本身就是用來和電腦交互的。似乎大多數(shù)主流的PC示波器供應商都提供各種語言下編程接口（API）：我發(fā)現(xiàn)大部分PC示波器都提供了C， C#， C++， MATLAB， Python， LabVIEW和Delphi開發(fā)例程。一些不出名的PC示波器是沒有API函數(shù)的，所以你要仔細核對待購買的設備是否具有該功能。

大部分的臺式示波器也有發(fā)送命令的功能，一般都會遵循一些的標準，例如VISA標準。但是，我發(fā)現(xiàn)這些臺式示波器似乎都有一個比PC示波器更慢的接口。也許是因為，對PC示波器來說，與PC接口的是一個至關重要的功能，而臺式示波器只是作為一個附加的功能。當然，這說法也不是百分之百成立的，比如說一款Teledyne LeCroy的示波器，它似乎可以提供給你一些類似于PC示波器的功能（如多重窗口）。

除了控制示波器，另一個讓人感興趣的功能是流模式。流模式的數(shù)據(jù)是不經過示波器的緩存，而是直接地通過USB接口或以太網等PC接口傳輸?shù)诫娔X上。與簡單通過命令來控制示波器相比，這個功能更加復雜，因為想要通過USB獲取更快的數(shù)據(jù)流絕非易事。但是，流模式卻帶來了更多有趣的特性，例如，你可以把你的示波器當作軟件定義的無線電（SDR）的一部分。如果你真的想用流模式，請務必要仔細地閱讀說明書上關于流模式的限制的說明。

五、串行解碼

串行解碼是另一個非常有用的功能。如果你有一臺數(shù)字邏輯分析儀，那么它一般都會包括串行解碼的功能。但是，在示波器中，這個功能也是非常有用的。如果你要查找一個偶發(fā)的奇偶校驗錯誤，可以用示波器上的模擬顯示來觀察這個錯誤，看看是由于信號弱導致的還是因為噪聲引起的。

雖然很多示波器都帶有這樣的功能，但是很多是要求你另外購買的。一般情況下， PC示波器包含該功能且不需要額外付費，而臺式示波器會要求你另外付費。比如，在DS4000系列中，它要500美元，在安捷倫3000X系列中，要800美元，在泰克的3000系列中，需要1100美元。根據(jù)不同的供應商，它可能包括多個協(xié)議或者只是包括一個協(xié)議。但是如果你想要所有的協(xié)議，它的費用可能比示波器本身還要貴。一般情況下，購買一個PC邏輯分析儀會比購買一個示波器軟件包還便宜。

我選擇PC示波器的另一個主要原因就是額外的功能不需要額外的費用！不用串行解碼時，你也可以觀察信號，看看是否有噪聲。有了內置解碼功能，你可以很快地辨別出錯誤發(fā)生的位置。我錄制了一些串行解碼的例子，點擊鏈接進入http://v.youku.com/v_show/id_XODQ0Mzc2MjM2.html

六、軟件特征

我已經好幾次在前面提到，你應該檢查一下軟件真正包括了哪些功能。你也許會驚訝地發(fā)現(xiàn)一些需要付費的功能—例如，有時甚至FFT的模式或是高級數(shù)學通道的功能都是需要額外付費的。

我們常常希望能夠以一個合理的價格購買示波器的所有功能。在我之前也提過，安捷倫最近就聲稱他們將會在一個價格里面包括所有的功能。一旦這個實現(xiàn)了，那么就意味著只要500到1500美元就可以買到所有協(xié)議的解碼功能和所有的計算功能。慶幸的是，其他的供應商將會跟隨著這個，也許最后會在購買價格里面包括這些功能。

如果您正在考慮購買PC示波器，即是沒有示波器硬件，你也可以到PicoTech的官網上免費下載和試用軟件，這可以讓你體驗一下PicoScope軟件的用戶接口有多么方便。一般情況下，你都是需要考慮多長時間能夠學會使用示波器的各種操作。

七、總結

這一次，我介紹了很多功能，包括用軟件來運行示波器。下一次我將會深入探討一下示波器其他的功能，比如外部觸發(fā)和時鐘同步，這些會讓整個專題看起來更加完善。

Ⅳ：如何選擇一個示波器？談談觸發(fā)、信號發(fā)生器和時鐘同步

在這一關于如何選用示波器的系列的最后一部分，我將要講述一下觸發(fā)、信號發(fā)生器和時鐘同步，并且，我也會用一些總結來結束。

在之前的文章里包括了：第一部分，討論了探頭和臺式和PC示波器的物理特性；第二部分，舉例說明了核心的特征，例如帶寬、采樣率和數(shù)模轉換器；第三部分，主要是介紹了軟件。這些介紹僅僅是我個人的一個研究的記錄，而不是一個完整的指導書。但是我希望它們對你是有用的，在你們選擇示波器之前可以參考一下里面提到的一些要點。

圖13 使用pico示波器的任意波形發(fā)生器來測試連續(xù)信號的邊界

一、觸發(fā)方式

正確地觸發(fā)您的示波器可以讓您獲得更加有用的波形。最基本的觸發(fā)是一個“上升沿”或者“下降沿”，這個大部分人都會知道的。

是否要選用一個更加高級的觸發(fā)方式，這個是根據(jù)使用方案和示波器的一下其他的特征來考慮的。如果你有一個非常長的緩存深度或者是快速記錄一系列波形的能力，你可能就能使用一些基本的觸發(fā)，因為你可以輕易地將那些你不要的波形去除掉。如果你的緩存深度不夠，那你就需要選擇一個在確定的時間里的觸發(fā)。

在我詳細地介紹其他的方式之前，我想要提示的是你有時候也可以利用外部的設備來觸發(fā)。比如說，你也許有一個擁有無比優(yōu)越的觸發(fā)機制的邏輯分析儀，當這個邏輯分析儀有一個“外部觸發(fā)”，那你就可以用你的邏輯分析儀來觸發(fā)你的示波器。

下面開始介紹其他的觸發(fā)方法。有很多辦法來尋找一些“異常的”脈沖，比如找一些比某些長度短的或者長的錯誤或者一個比規(guī)則的高度低的脈沖（也叫矮脈沖）。通過了解你的示波器的觸發(fā)和增加一些創(chuàng)意，你可以把更多的錯誤找出來并修正。比如說，在對一個嵌入式的控制器進行檢錯并修正的時候，在一個任務進行的時候你可以將它緊緊地與某一個I/O口相連接。在運用觸發(fā)來尋找“丟失脈沖”的時候，你可以在你的系統(tǒng)有沖擊的時候來觸發(fā)你的示波器，可以嘗試著看一看這個錯誤是否是一個電源引起的錯誤。

如果你是在操作一個數(shù)字系統(tǒng)，一定要看一些那些可以在很多協(xié)議上工作的觸發(fā)。比如，有些示波器就有這個性能，但是你將會需要一個附加的功能來對這些協(xié)議進行解碼。事實上，大多數(shù)的臺式示波器看起來都有這個性能，你只需要付額外的錢來使用它。

二、外部觸發(fā)輸入

大多數(shù)的示波器也有一個“外部觸發(fā)輸入”。這個外部的輸入不會在顯示屏上顯示但是可以用來進行觸發(fā)。特別是這個意味著你的觸發(fā)通道不會跟你的數(shù)模轉換通道沖突。所以當你想要一個通道上的完整的采樣率但是又不想觸發(fā)其他通道的說，你可以用“外部輸入”作為你的觸發(fā)。

擁有這些功能擺在前面板的示波器使用起來是相當?shù)姆奖愕?，又或者你可以在設備的后面找到這個“觸發(fā)輸入”。

三、任意波形發(fā)生器（AWG）

這個嚴格上不是一個示波器必備的功能，但是一些包括發(fā)生器的示波器也是值得選擇的。這是一個標準的“信號發(fā)生器”，它可以生成例如正弦函數(shù)、方波和三角波等波形函數(shù)。一個更加優(yōu)越的叫做任意波形發(fā)生器的功能，讓你可以生成任何你想要的波形。

以前我也有一個非常古老的示波器叫做HS801也有這樣的任意波形發(fā)生器的功能。控制軟件可以讓他非常輕易地生成正弦函數(shù)、方波和三角波，還有一些其他的波形。但是，生成任意波形的唯一的辦法是將你在其他的應用中創(chuàng)造的波形文件下載下來，這就意味著我根本就沒有用到“任意”的這一部分的功能。所以這里就有一個經驗是一旦你想要購買一個AWG的時候，請記住一定要確保它的軟件是可以使用功能的。

AWG也許也有一些其他的不同的特殊的功能，比如尋找跟隨著采樣率變化的最大的模擬帶寬。請記住一個特殊的規(guī)律：一個200MS/s 的數(shù)模轉換速率可以假定擁有一個100MHz的模擬帶寬，但是這個信號基本是沒有用的。你可以生成某個頻率的正弦信號，甚至你可以生成一個更低頻率的正弦波（比如10MHz），它看起來是完美的，因為DAC的濾波器對這樣的高頻率會有一個平滑的作用。

更好的系統(tǒng)將會有一個低通濾波器去約束諧波，利用的是幾倍于輸出的濾波器平滑的DAC數(shù)模轉換器的采樣率。在pico的示波器6403D中，我使用了一個可以生成20MHz信號但是擁有200MS/s的數(shù)模轉換采樣率。相似的，也有HS5-530也有30MHz的信號帶寬，也相似地應用了240MS/s的采樣率。一個5到10倍于模擬帶寬的采樣率看起來是比較標準的。

在示波器上添加AWG功能開啟了一些其他的新的有用的功能。當實行一系列的協(xié)議解碼的時候，你可能會想要知道當波特率輕微的變化的時候發(fā)生了什么事。你可以快速地通過重復記錄在示波器上的一系列的從AWG復制過來的數(shù)據(jù)包找到這個測試，并且調整AWG的采樣率去讓波特率輕微地降低或者是增加。

四、時鐘周期

最后的一項實用的功能是：在實際的應用中，你可能會需要跟外部設備同步采樣率。示波器將會有兩個功能去做這個。一個是將會從示波器輸出一個時鐘信號，另一個將會允許你把一個外部的時鐘添加到示波器中。

一個常見的應用是在多個示波器中同步捕獲的信號。你可以在任何你想要用一個同步捕獲辦法的應用中使用這個。例如，當你想要把示波器當作是單數(shù)據(jù)速率的一部分的時候，你也許想要采樣的信號跟一個重新獲得的時鐘同步。

這個輸入的時鐘的周期經典值是10MHz，雖然一些設備會允許你在幾個可選的頻率中選擇。如果這個時鐘源是其他設備的任何東西，你也許不得不做一些時鐘條件去將它變成一個時鐘源邊緣。

五、總結和相似的一些結論

在四個星期的時間里，我嘗試著通過解釋幾個在選擇示波器的時候應該考慮的事項。就像前面所說的，因為我擁有的是pico示波器，所以一些例子經常是設計到picoscope的。但是所有的都可以跟你可能擁有的任何的示波器有關聯(lián)。

在選擇一個設備的時候，我的做法是下載使用手冊并且仔細地研究它，特別是一些你發(fā)現(xiàn)的最重要的特征。雖然說明書會忽略一些細節(jié)，但是用戶手冊中經常會標明你將要接觸到的一些限制的功能，比如FFT長度或者你可以得到的儲存深度。

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