我們應該有一臺示波器

想象一下你在醫(yī)院里，坐在重癥病床邊，一旁是一臺心率檢測儀。你看著機器上的畫面，一條線一上一下的擺動過去，你害怕那條線變成直線，因為正如電視上放的，那樣就意味著患者的死亡。

當我爸媽問我是做什么工作的時候，這就是我向他們解釋示波器的方式。醫(yī)院的心率檢測儀顯示的是病人的心跳，而示波器顯示的是電器設備信號的心跳。示波器幫助我們對電子設備是否正常運行有方方面面的了解，讓我們可以進一步檢查被測設備的“生命體征”。

這里提到的“生命體征”即是電子設備電路中的電壓或者電流。就像我們不希望我們的心跳過快或者過慢一樣，在電子設備中，我們也不希望它的電壓震蕩的頻率過快或者過慢。我們都知道心臟雜音是不好的。同時，我們也不希望我們的電信號有任何故障，而示波器可以幫助我們找到它們，從而方便我們對癥下藥。當我們可以如此仔細地觀察我們的電子設備時，我們就可以更好的驗證它是否按我們預期的在運行。如果不是，示波器可以幫助我們診斷并糾正問題。無論你是一名測試工程師還是學生，或者從事制造、維修、研究或開發(fā)工作，亦或者你是一名電氣工程師，你都必須學會使用示波器。

示波器、差分探頭和電流探頭

示波器基礎

在示波器的顯示界面，我們可以看到一格一格的小格子。在橫坐標方向上，這些小格子代表了信號的時長；在縱坐標方向上，這些小格子往往代表了信號的電壓。這2個參數(shù)可以讓我們更好地從信號的幅值和頻率來確認設備是否正常運行。由于示波器提供了信號隨時間變化的視圖效果，所以我們可以查看信號可能發(fā)生的任何異?；蚴д妗５窃谖覀冋嬲_始測量之前，有一些事情需要我們注意。

示波器的顯示界面

示波器在市面上有各種各樣的型號和配置，要選購到中意的示波器可不像買包方便面那么簡單。我們需要考慮到示波器的帶寬、采樣率、存儲深度、通道數(shù)量等。同時，也要結(jié)合自己的實際測量需求，看看選購的示波器有沒有自己要的功能，比如FFT，串行通訊解碼，波形錄制等。這里列舉一些我們購買前應該注意的示波器的常見概念：

• 帶寬 – 示波器的帶寬決定了我們能精確測量信號的頻率范圍。市面上的示波器帶寬從 20 MHz to 100 GHz 的都有，一般來說我們只要購買被測信號最高頻率的5倍帶寬的示波器即可，比如我們要測量的信號頻率在20MHz，那么我們只需要購買100MHz帶寬的示波器即可。事實上，在很多時候，100MHz帶寬的示波器是足夠使用的。
• 采樣率 – 采樣率決定了示波器能采集數(shù)據(jù)點的能力，信號采集的數(shù)據(jù)點越多，信號就越接近真實的狀態(tài)，也就越不容易失真。
• 存儲深度 – 存儲深度也叫記錄長度，代表示波器一屏幕最多可以顯示多少數(shù)據(jù)點，如果示波器的采樣率足夠，但存儲深度太小，那示波器顯示出來的信號一樣會容易失真。市面上大多數(shù)的示波器采樣率都是足夠的，但存儲深度卻往往被很多人遺漏掉，有的商家甚至因為太低而直接不標這個參數(shù)。

示波器存儲深度可調(diào)

• 信號完整性 – 也就是示波器能夠精確測量信號的能力。就像我們肯定不希望心率檢測儀顯示錯誤的信息一樣，如果我們的病人心跳還在跳動，結(jié)果儀器顯示卻成了直線，那一定很糟糕。同樣的，我們也不希望測試的結(jié)果給出錯誤的答案，以至于錯誤判斷被測設備存在問題。一般測量誤差不超過2%的示波器都是合格的。
• 通道 – 即示波器輸入信號的地方.一般有模擬通道和數(shù)字通道， 比較常見的示波器是2通道示波器和4通道示波器。

• 探頭 – 探頭用于將信號接入示波器，市面上有各種各樣的有源探頭和無源探頭，它們被用于各自的特殊場合。常見的有高壓探頭，差分探頭，電流探頭，點火探頭等。在購買示波器之前，也要考慮自己要用到哪些探頭。

• 應用 – 信號分析、協(xié)議解碼和單次觸發(fā)等應用可以大大減少我們識別和捕獲信號錯誤所需的時間。有些應用可以幫助我們發(fā)現(xiàn)和評估信號的抖動，或者進行傅立葉變換，創(chuàng)建眼圖，甚至識別和評估通訊系統(tǒng)的串擾。協(xié)議解碼可以解碼信號成數(shù)字信息，在不同的條件下觸發(fā)，識別協(xié)議錯誤。并非所有的示波器都會包含你想要的應用，因此購買之前也應該查詢清楚。

示波器的高低通數(shù)字濾波功能

示波器能用來干嘛?

現(xiàn)在，我們已經(jīng)對示波器的常見術(shù)語有了大致的了解。其實大多數(shù)的信號測試，只需要一臺50-150MHz帶寬，配上標配的無源探頭，1GS/s的采樣率，2-4個通道，大于2M存儲深度的示波器即可。

有了示波器，我們可以檢測和發(fā)現(xiàn)PCB電路版上的故障元器件，線路的噪聲以及是否短路，設備的輸入和輸出是否工作正常等。采用不同的觸發(fā)方式，可以發(fā)現(xiàn)信號的高矮脈沖，故障部分等。示波器一般還提供信號快速傅里葉變換，以及通道直接的數(shù)學函數(shù)運算功能等。而這些，僅僅只是基本的開始。

對信號進行快速傅里葉變換（FFT）

示波器是功能性很廣泛的電子儀器。汽修工程師可以用示波器來檢測汽車中的電子設備的問題，大學實驗室里老師會用示波器來教學生了解電路。全世界的研究所都會至少擁有一臺示波器。手機廠家也需要用示波器來檢測他們手機信號的完整性。軍隊和航天部門同樣需要示波器來測試雷達系統(tǒng)。研發(fā)工程師用示波器來測試和設計新的技術(shù)或產(chǎn)品。示波器還用于符合性測試，如UART和CAN協(xié)議，用示波器來檢驗信號的輸出是否符合對應的標準。

示波器的串行總線解碼功能