對(duì)于許多工程師來說，選擇新的示波器 可能令人生畏 - 有數(shù)百種不同的型號(hào)可供選擇，成本和規(guī)格差異很大。本文將指導(dǎo)您完成所考慮的迷宮，并希望能幫助您避免犯下可能被證明是一個(gè)代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。

首先要做的事情
選擇示波器的第一步不是看廣告或范圍規(guī)格，而是花一些時(shí)間思考你將在何處使用它。·您將在哪里使用示波器（在工作臺(tái)上，在客戶現(xiàn)場(chǎng)，在汽車引擎蓋下）？·您需要一次測(cè)量多少個(gè)信號(hào)？·您需要測(cè)量的信號(hào)的最大和最小幅度是多少？·您需要測(cè)量的信號(hào)頻率最高是多少？·你的信號(hào)重復(fù)還是單發(fā)？·您是否需要在頻域（頻譜分析）和時(shí)域中查看信號(hào)？有了上述知識(shí)，您就可以開始考慮哪種示波器最適合您的應(yīng)用。

模擬與數(shù)字本文的重點(diǎn)是數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO），因?yàn)樗鼈兇砹水?dāng)今購買的大多數(shù)新示波器。在描述在數(shù)字示波器中尋找什么之前，有必要首先至少觸及模擬。大多數(shù)電子工程師會(huì)在某個(gè)時(shí)候使用模擬示波器，并熟悉其布局和操作。事實(shí)上，今天許多購買示波器的人正在用數(shù)字替代模擬。盡管仍有一些工程師喜歡模擬示波器的外觀和感覺（更不用說溫暖），但它們幾乎沒有任何DSO無法超越的功能。如果您仍然受到模擬示波器的誘惑，您會(huì)發(fā)現(xiàn)您的選擇有限。只有少數(shù)制造商仍在生產(chǎn)模擬示波器; 一些仍在銷售的型號(hào)基于相當(dāng)古老的技術(shù)，而且性能往往非常有限。購買二手模擬示波器最初可能看起來具有良好的經(jīng)濟(jì)意義，但在此之前，請(qǐng)檢查備件的可用性，因?yàn)楦呔S修成本會(huì)使購買成為虛假經(jīng)濟(jì)。還有其他標(biāo)準(zhǔn)增加了模擬與數(shù)字辯論的重要性。數(shù)字存儲(chǔ)示波器：·小巧便攜·擁有最高帶寬·有單發(fā)能力·有彩色顯示·提供屏幕測(cè)量·擁有簡單的用戶界面·提供存儲(chǔ)和打印具有PC連接的現(xiàn)代DSO也可以完全集成到自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）系統(tǒng)中。此外，DSO通常用作高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端，使每個(gè)通道的成本更加經(jīng)濟(jì)可行。

帶寬要考慮的第一個(gè)特性是帶寬。這可以定義為可以通過前端放大器的最大信號(hào)頻率。因此，示波器的模擬帶寬必須高于您希望測(cè)量的最大頻率（實(shí)時(shí)）。僅帶寬不足以確保DSO能夠準(zhǔn)確捕獲高頻信號(hào)。示波器制造商的目標(biāo)是通過其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特定類型的頻率響應(yīng)。該響應(yīng)稱為最大平坦包絡(luò)延遲（MFED）。這種類型的頻率響應(yīng)可提供出色的脈沖保真度，并具有最小的過沖，下沖和振鈴。然而，由于DSO由放大器，衰減器，ADC，互連和繼電器組成，因此MFED響應(yīng)是一個(gè)目標(biāo)，只能接近，而且永遠(yuǎn)不會(huì)完全滿足。值得注意的是，大多數(shù)示波器制造商將帶寬定義為正弦波輸入信號(hào)衰減到其真實(shí)幅度（-3 dB點(diǎn)）的71％的頻率?；蛘?，換句話說，它們?cè)试S顯示的跟蹤在輸入錯(cuò)誤之前為29％，然后再調(diào)用它。還要記住，如果您的輸入信號(hào)不是純正弦波，它將包含更高頻率的諧波。例如，在20 MHz帶寬示波器上觀看的20 MHz純方波將顯示為衰減和失真波形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，嘗試購買帶寬比您想要測(cè)量的最大頻率信號(hào)高五倍的示波器。不幸的是，高帶寬范圍很昂貴，所以你可能不得不在這里妥協(xié)。在某些示波器上，所引用的帶寬并非在所有電壓范圍內(nèi)都可用，因此請(qǐng)仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)表。

采樣率使用模擬示波器時(shí)，生活很簡單：您只需選擇所需的帶寬。對(duì)于數(shù)字示波器，采樣率和存儲(chǔ)深度同樣重要。對(duì)于DSO，采樣率通常以每秒兆樣本（MS / s）或每秒千兆采樣（GS / s）指定。奈奎斯特準(zhǔn)則指出，采樣率必須至少是您要測(cè)量的最大頻率的兩倍：對(duì)于頻譜分析儀，這可能是正確的，但對(duì)于示波器，您需要至少5個(gè)采樣才能準(zhǔn)確地重建波形。大多數(shù)示波器具有兩種不同的采樣率（模式），具體取決于被測(cè)信號(hào)：實(shí)時(shí)和等效時(shí)間采樣（ETS） - 稱為重復(fù)采樣。但是，ETS僅在您測(cè)量的信號(hào)穩(wěn)定且重復(fù)時(shí)才有效，因?yàn)榇四Ｊ酵ㄟ^連續(xù)采集建立波形來工作。例如，Pico Technology 12位ADC-212/100將以100 MS / s的實(shí)時(shí)采樣，或者對(duì)于重復(fù)波形采樣為5 GS / s。圖1a顯示了采樣率為50 MS / s的20 MHz方波 - 與圖1b相比幾乎無法識(shí)別，相同的波以5 GS / s捕獲?，F(xiàn)在，5 GS / s聽起來很棒，但請(qǐng)記住，如果信號(hào)是瞬態(tài)或變化（比如視頻波形），那么ETS將無法工作，您將不得不依賴于實(shí)時(shí)（單次拍攝）帶寬，這通常是低得多。建議：范圍制造商喜歡強(qiáng)調(diào)最佳的聲音規(guī)格，因此如果引用的采樣率適用于所有信號(hào)，或者僅適用于重復(fù)信號(hào)，您可能需要仔細(xì)查看規(guī)格。您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)您計(jì)劃購買的范圍不符合“目的”。某些示波器具有不同的采樣率，具體取決于使用的通道數(shù)。通常，單通道模式下的采樣率是雙通道模式下的兩倍：再次檢查規(guī)格。圖1a：采集速率為50 MS / s的20 MHZ方波。圖1b：以5 GS / s捕獲的20 MHZ方波。

記憶深度記憶深度可能是DSO最不了解的方面，這是一個(gè)恥辱，因?yàn)樗亲钪匾闹弧?/span>DSO將捕獲的樣本存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器中，因此，對(duì)于給定的采樣率，緩沖存儲(chǔ)器的大小決定了在存儲(chǔ)器滿之前捕獲信號(hào)的時(shí)間。采樣率和記憶深度之間的關(guān)系很重要; 具有高采樣率但內(nèi)存較小的示波器只能在前幾個(gè)時(shí)基上使用其全采樣率。圖2a顯示了使用1 k緩沖存儲(chǔ)器捕獲的200μs視頻波形。1 k緩沖存儲(chǔ)器將采樣速率限制為5 MS / s（1 k /200μs），即使示波器能夠以100 MS / s采樣。乍一看，這似乎令人滿意地捕獲了波形。然而，當(dāng)波形擴(kuò)展為在色同步信號(hào)上“放大”時(shí)，顯示出小緩沖存儲(chǔ)器的限制（圖2b）。顏色突發(fā)（“步驟”底部的振蕩）持續(xù)約5μs，因此在正常視圖中只有25個(gè)點(diǎn)在內(nèi)存中表示，但是當(dāng)我們放大時(shí)，這幾個(gè)點(diǎn)用于填充屏幕。圖2c顯示了視頻波形的相同色同步部分，但這次是在具有128 kB緩沖存儲(chǔ)器的示波器上捕獲的。我們有超過3000個(gè)點(diǎn)可用于表示色同步區(qū)，差異很明顯。圖2a：使用1 K緩沖存儲(chǔ)器捕獲的200μs視頻波。圖2b：當(dāng)波形擴(kuò)展以顯示色同步信號(hào)時(shí)，顯示小緩沖存儲(chǔ)器的限制。圖2c：顯示相同的波形，這次使用128 kB緩沖存儲(chǔ)器。

現(xiàn)實(shí)世界的例子為了理解帶寬，采樣率和存儲(chǔ)深度之間的關(guān)系，考慮一個(gè)真實(shí)世界的例子是有意義的?？紤]嘗試捕獲一幀USB（1.1）數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀持續(xù)1毫秒，并以12 Mbps的速率傳輸串行數(shù)據(jù)。為了簡化我們的分析，我們可以假設(shè)我們必須捕獲12 MHz方波1 ms。帶寬 - 為了測(cè)量12 MHz信號(hào)，我們需要絕對(duì)最小值為12 MHz，但這會(huì)產(chǎn)生非常失真的信號(hào)，因此具有至少50 MHz帶寬的示波器是明智的。采樣率 - 為了重建12 MHz信號(hào)，每個(gè)波形需要大約5個(gè)點(diǎn)，因此需要60 MS / s的最小采樣率。存儲(chǔ)深度 - 以60 MS / s捕獲數(shù)據(jù)1 ms需要最小存儲(chǔ)深度為60,000個(gè)樣本。

分辨率和準(zhǔn)確性在數(shù)字電子產(chǎn)品中，1％的信號(hào)變化通常沒有問題，但在音頻電子設(shè)備中，0.1％的失真或噪聲可能是一種災(zāi)難。大多數(shù)現(xiàn)代DSO都針對(duì)快速數(shù)字信號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化，僅提供8位分辨率（8位ADC），因此最多可以檢測(cè)到0.4％的信號(hào)變化（見表）。對(duì)于8位，電壓范圍分為256個(gè)垂直步長（2 8 = 256）。選擇±1 V范圍時(shí)，這相當(dāng)于每步約8 mV。這對(duì)于觀看數(shù)字信號(hào)可能是足夠的，但是留下了觀察模擬信號(hào)所需的東西，特別是在使用頻譜分析儀功能時(shí)（如果有的話）。對(duì)于音頻，噪聲，振動(dòng)和監(jiān)測(cè)傳感器（溫度，電流，壓力）等應(yīng)用，8位示波器通常不適用，您應(yīng)該考慮12或16位替代方案。至于DSO的準(zhǔn)確性，它通常不被認(rèn)為太重要。您可以在幾個(gè)百分點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量（大多數(shù)8位DSO引用3％到5％DC精度）但是為了更精確的測(cè)量，您應(yīng)該達(dá)到萬用表。使用更高分辨率的示波器，可以進(jìn)行更精確的測(cè)量（1％或更高），因此無需使用儀表！具有高分辨率（12位或更高）和高DC精度的示波器有時(shí)被稱為精密示波器 - 請(qǐng)參閱我們關(guān)于高分辨率示波器和FFT頻譜分析儀的應(yīng)用說明。

觸發(fā)功能示波器的觸發(fā)功能在其信號(hào)的正確點(diǎn)同步水平掃描：這對(duì)于清晰的信號(hào)表征至關(guān)重要。觸發(fā)控制允許您穩(wěn)定重復(fù)波形并捕獲單次波形。根據(jù)所研究信號(hào)的類型，值得查看制造商提供的觸發(fā)選項(xiàng)。所有數(shù)字示波器都提供相同的基本觸發(fā)選項(xiàng)（源，電平，斜率，前/后觸發(fā)），但在更高級(jí)的觸發(fā)功能方面有所不同。更高級(jí)的觸發(fā)功能是否有用又取決于被測(cè)信號(hào)。脈沖觸發(fā)器對(duì)數(shù)字信號(hào)很有用，在跟蹤間歇性故障時(shí)，自動(dòng)保存到磁盤/存儲(chǔ)器選項(xiàng)可以提供很大幫助。某些特定于應(yīng)用程序的觸發(fā)器（例如，磁盤驅(qū)動(dòng)器測(cè)試）通常作為額外費(fèi)用提供，并作為軟件或固件升級(jí)安裝。如果您可能使用這些“額外費(fèi)用”中的一個(gè)，請(qǐng)不要害怕與供應(yīng)商協(xié)商。這種“可選的額外”被免費(fèi)拋出以達(dá)成交易并不罕見。

輸入范圍和探針典型示波器將提供±50 mV至±50 V的可選滿量程輸入范圍。使用10：1和100：1衰減示波器探頭可以測(cè)量更高的電壓，重要的是檢查示波器是否有小的您想要測(cè)量的信號(hào)的電壓范圍足夠大。如果您經(jīng)常測(cè)量小信號(hào)（小于50 mV），請(qǐng)考慮購買分辨率為12或16位的示波器。16位示波器的垂直分辨率是8位示波器的256倍，因此可以“放大”毫伏和微伏電平信號(hào)。檢查您計(jì)劃使用的范圍探測(cè)是否匹配 - 或超出范圍的帶寬。一些制造商通過向示波器提供不合標(biāo)準(zhǔn)的探頭來節(jié)省成本，并且僅提供更高帶寬的探頭，這些探頭是從示波器中獲得最佳效果所需的，作為可選附件。大多數(shù)示波器探頭可以在1：1和10：1之間切換衰減。盡可能使用10：1設(shè)置，因?yàn)檫@樣可以最大限度地減少被測(cè)電路的負(fù)載，并在意外連接到高壓時(shí)增加過載保護(hù)。對(duì)于非常高速的信號(hào)（> 200 MHz），無源探頭開始遇到由于電纜的電容返回到示波器而引起的問題。這可以通過投資有源FET探頭來解決，該探頭將緩沖放大器放置在探頭尖端中。為了測(cè)量高壓，例如±100 V，主電源和3相電壓，最安全的選擇是使用差分隔離示波器探頭。

構(gòu)成因素DSO大致分為三類：傳統(tǒng)臺(tái)式，手持式和基于PC的。專用的臺(tái)式數(shù)字示波器通常具有最高性能，并且將反映在成本中。FFT頻譜分析，PC接口，磁盤驅(qū)動(dòng)器和打印機(jī)等功能都是昂貴的可選附件。手持式示波器對(duì)于移動(dòng)中的工程師具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但要注意顯示器不良（在陽光下難以閱讀）和電池壽命短。對(duì)于給定的性能水平，它們也往往是最昂貴的選擇。基于PC的示波器越來越受歡迎，因?yàn)樗鼈兿啾扰_(tái)式機(jī)提供了相當(dāng)大的成本節(jié)約。節(jié)省成本的原因是顯而易見的; 通過使用已經(jīng)放在桌面上的大規(guī)模生產(chǎn)的PC，您可以有效地免費(fèi)獲得大型彩色顯示屏，快速處理器，磁盤驅(qū)動(dòng)器和鍵盤。只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)即可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到文字處理器和電子表格，這也是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。基于PC的示波器有兩種：外部和內(nèi)部?；赑C的內(nèi)部示波器通常采用PCI格式的插卡。理論上，這些應(yīng)該是成本最低的選擇，但這并不總是證明是正確的。PC卡的主要缺點(diǎn)是噪音 - PC內(nèi)部可能是一個(gè)非常嘈雜的電氣環(huán)境，有些卡確實(shí)受到影響。另一個(gè)問題是便攜性; 基于PC卡的示波器與一臺(tái)臺(tái)式PC配合使用。基于PC的外部示波器采用小盒子的形式，通過USB端口連接到PC。通過將所有模擬電子設(shè)備保持在PC外部，可以避免噪聲問題。外部基于PC的示波器的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便攜性 - 它們可以與臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦一起使用。

加起來像恐龍一樣，模擬示波器確實(shí)有它的一天。成本和性能參數(shù)確保了DSO的存在。它只是決定購買哪種類型。在不同范圍之間進(jìn)行選擇時(shí)，請(qǐng)檢查以下內(nèi)容：在購買前嘗試 - 并且不要害怕比較不同制造商的不同范圍。如果供應(yīng)商不提供“如果您不滿意”的“退款”，那么您最好不要與他們打交道。對(duì)于更高成本的示波器，請(qǐng)進(jìn)行演示，并確保使用您想要測(cè)量的實(shí)際信號(hào)完成演示，而不僅僅是顯示范圍良好的信號(hào)。購買任何示波器時(shí)，請(qǐng)?jiān)儐柹?jí)并檢查成本中包含的內(nèi)容。對(duì)于基于PC的示波器，請(qǐng)確保包含該軟件，并詢問您是否需要支付軟件升級(jí)費(fèi)用。對(duì)于臺(tái)式示波器，檢查連接到PC /打印機(jī)的電纜和軟件的成本 - 它可以增加總成本的50％。檢查保修期。如果您的設(shè)備無法使用，供應(yīng)商是否會(huì)在維修時(shí)借出另一個(gè)？最后，在互聯(lián)網(wǎng)上查看示波器的獨(dú)立評(píng)論。總之，按優(yōu)先級(jí)順序，它是帶寬，采樣率（實(shí)時(shí)和/或等效時(shí)間），然后是存儲(chǔ)深度。注意：大多數(shù)DSO上的帶寬和采樣率都不是升級(jí)選項(xiàng)，因此一旦您支付了高達(dá)60,000美元的任何費(fèi)用，您就會(huì)遇到自己的選擇。。