示波器作為電子工程師的必備工具，一直以來都是電子測試領(lǐng)域最重要的儀器之一。它被廣泛應(yīng)用于電路設(shè)計、PCB制造、電子設(shè)備維修等各個場景中，被譽(yù)為工程師的“千里眼”。然而，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，示波器的功能和性能也在不斷提升，市場上出現(xiàn)了各種各樣的示波器產(chǎn)品，價格也五花八門，如何選擇合適的示波器確實(shí)存在很多問題。

　　首先， 您要知道用示波器觀察什么?

　　您要捕捉并觀察的信號其典型性能是什么?

　　您的信號是否有復(fù)雜的特性?

　　您的信號是重復(fù)信號還是單次信號?

　　您要測量的信號過渡過程的頻寬，或者上升時間是多大?

　　您打算用何種信號特性來觸發(fā)短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等?

　　您打算同時顯示多少信號?

　　您對測試信號作何種處理?

　　本文將從多個方面為您提供建議，幫助您在選擇示波器時避免一些常見的問題。

　　示波器的核心技術(shù)有模擬(DRT)、數(shù)字(DSO)、還是數(shù)模兼合(DPO)。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為模擬示波器具有熟悉的控制面板，價格低廉，因而總覺得模擬示波器“使用方便” 。但是隨著 A/D 轉(zhuǎn)換器速度逐年提高和價格不斷降低，以及數(shù)字示波器不斷增加的測量能力和實(shí)際上不受限制的測量功能，數(shù)字示波器已獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。但是數(shù)字示波器顯示具有三維的缺陷、處理連續(xù)性數(shù)據(jù)慢等缺點(diǎn)，需要具有數(shù)模兼合技術(shù)的示波器，例DPO數(shù)字熒光示波器。

　　其次，按照以下步驟估算和選型：

　　1、帶寬(頻寬)

　　數(shù)字示波器帶寬有兩種類型：重復(fù)(或等效時間)帶寬和實(shí)時(或單次)帶寬。重復(fù)帶寬只適用于重復(fù)的信號，顯示來自于多次信號采集期間的采樣。實(shí)時帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率，且當(dāng)捕捉的事件不是經(jīng)常出現(xiàn)或瞬變信號時就更為重要，實(shí)時帶寬與采樣速率緊密聯(lián)系。帶寬決定了示波器量測類比訊號的能力，這決定了儀器可以準(zhǔn)確量測的最大頻率。帶寬也是價格的關(guān)鍵的決定因素。

　　選擇示波器前先確定您的需求。例如，100MHz的示波器通常可保證在100MHz下具有少于30%的衰減。為了確保優(yōu)于2%的振幅準(zhǔn)確度，輸入應(yīng)該低于20MHz。

　　當(dāng)選擇帶寬時，請使用「五倍規(guī)則」。示波器帶寬大于或等于您想要的最大頻率的五倍，如果帶寬太低，您的示波器將無法解析高頻率的變化。

　　基本示波器的范圍通常為50MHz至200MHz。如果您需要更多的帶寬，則可使用更高效能示波器，以涵蓋350MHz以上，可達(dá)數(shù)十個GHz的范圍。

　　2、取樣率

　　取樣率(每秒取樣數(shù))是示波器取樣訊號的速率，類似于攝影機(jī)的訊框率;這決定了示波器能擷取多少波形細(xì)節(jié)。

　　同樣地，我們建議採用「五倍法則」：使用至少5倍于您電路最高頻率分量的取樣率。

　　大多數(shù)的基本示波器皆具有1至2GS/s的(最大)取樣率。請記住，基本示波器擁有高達(dá)200MHz的頻寬，所以示波器設(shè)計人員通常會在最大頻寬下，以5至10倍超取樣來設(shè)計示波器。

　　取樣的速度越快，就會遺失越少的信息，以及示波器將能更有效地呈現(xiàn)待測訊號;但是，這也會越快填滿內(nèi)存，也連帶限制了可以擷取數(shù)據(jù)的時間。

　　大多數(shù)的入門級示波器擁有1至2GS/s的最大取樣率，而中階示波器則可有5至10GS/s的最大取樣率。

　　3、屏幕刷新率/波形更新速度

　　熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標(biāo)有0%，10%，90%，100%等標(biāo)志，水平方向標(biāo)有10%，90%標(biāo)志，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數(shù)使用。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)(V/DIV，TIME/DIV)能得出電壓值與時間值。

　　所有的示波器都會閃爍，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號，在這些測量點(diǎn)之間將不再進(jìn)行測量，這就是波形捕獲速率，也稱屏幕刷新率，表示為波形數(shù)每秒( wfms/s )。一定要區(qū)分波形捕獲速率與A/D采樣速率的區(qū)別。

　　采樣速率表示示波器在一個波形或周期內(nèi)A/D采樣輸入信號的頻率;波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。

　　波形捕獲速率取決于示波器的類型和性能級別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會提供更多的重要信號特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時的異常情況，如抖動、矮脈沖、低頻干擾和瞬時誤差的概率。

　　一般來講，模擬示波器由于電路簡單，其屏幕刷新率較高，而數(shù)字存儲示波器( DSO )使用串行處理結(jié)構(gòu)每秒鐘可以捕獲10到5000個波形。為了改變數(shù)字示波器屏幕刷新率低的問題，數(shù)字熒光示波器采用并行處理結(jié)構(gòu)，可以提供更高的波形捕獲速率，有的高達(dá)每秒數(shù)百萬個波形，大大提高了捕獲間歇和難以捕捉事件的可能性，并能讓您更快地發(fā)現(xiàn)信號存在的問題。

　　4、足夠的輸入通道和正確的通道

　　示波器使用類比通道來儲存并顯示訊號，在一般情況下，越多通道越好，盡管增加通道即會增加價格。

　　是否要選擇2個或4個類比通道將取決于您的應(yīng)用。例如，您可使用兩個通道來比較分量的輸入和輸出。四個類比通道則可讓您比較更多的訊號，并提供更大的靈活性，以數(shù)學(xué)方式來結(jié)合通道(例如，相乘可取得功率，或相減可取得差動式訊號)。

　　但要注意：您開啟的通道數(shù)量可能會降低取樣率。

　　(1)輸入通道選擇

　　輸入通道至少有三種選擇方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起。

　　根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點(diǎn)。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“×1”位置時，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實(shí)際電壓值。此開關(guān)撥到“×10"位置時，被測信號衰減為1/10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實(shí)際電壓值。

　　(2)輸入耦合方式

　　輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當(dāng)選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置。直流耦合用于測定信號直流絕對值和觀測極低頻信號。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數(shù)字電路實(shí)驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測信號的絕對電壓值。

　　5、相容的探頭和附件

　　良好的量測始于探頭。示波器和探頭是作為一個系統(tǒng)搭配使用，所以在選擇示波器時一定要考慮探頭。當(dāng)裝上探頭時，它就成為整個測試電路的一部分了，結(jié)果探棒將造成電阻性、電容性和電感性負(fù)載，使示波器呈現(xiàn)出與被測對象不同的測量結(jié)果。因此，針對不同應(yīng)用配有相應(yīng)的探頭，然后選擇其中一種，使負(fù)載效應(yīng)最小，使信號得到最精確的復(fù)現(xiàn)。

　　在量測期間，探頭實(shí)際上即成為電路、引入電阻、電容和電感負(fù)載(改變量測)的一部分。為了盡可能地減少影響，最好使用示波器搭配的專門探頭。各種相容的探頭將可讓您在更多的應(yīng)用中使用您的示波器。

　　另外，選擇具有足夠頻寬的被動式探頭也很重要，探頭的頻寬應(yīng)該與示波器的頻寬相符。

　　探頭的分類：

　　被動式探頭：被動式探頭具有10倍衰減，會呈現(xiàn)電路的受控制阻抗和電容，并適用于大多數(shù)接地參考的量測，大多數(shù)示波器均隨附此種探頭。針對每個輸入通道，您將需要備一個被動式探頭。

　　高電壓差動式探頭：差動式探頭可讓接地參考的示波器進(jìn)行安全、準(zhǔn)確的浮動和差動式量測。每個實(shí)驗室應(yīng)該都至少擁有一個!

　　邏輯探頭：邏輯探頭會提供數(shù)位訊號至混合訊號示波器的前端，包括「浮動引線」與專為連接至電路板上微小測試點(diǎn)所設(shè)計的配件。

　　電流探頭：若增加電流探頭，可讓示波器量測電流，當(dāng)然，還能讓示波器計算并顯示瞬時功率。

　　6、觸發(fā)

　　觸發(fā)功能可提供穩(wěn)定的顯示畫面，讓您能在復(fù)雜波型的特定部分上調(diào)整歸零。

　　所有的示波器皆可提供邊緣觸發(fā)功能，且大多數(shù)均可提供脈沖寬度觸發(fā)功能。而示波器可用的觸發(fā)選項范圍越寬，示波器越靈活(您將會更快找出問題的根源!)

　　正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號波形，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的。

　　(1)觸發(fā)源(Source)選擇

　　要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)(LINE)、外觸發(fā)EXT)。

　　內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號。

　　電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效。

　　外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性的關(guān)系。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān)。

　　正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號，且存在一個與它有周期關(guān)系的信號時，選用外觸發(fā)可能更好。

　　(2)觸發(fā)耦合(Coupling)方式選擇

　　觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定、可靠。這里介紹常用的幾種。

　　AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā)，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz，會造成觸發(fā)困難。

　　直流耦合(DC)不隔斷觸發(fā)信號的直流分量。當(dāng)觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時，使用直流耦合較好。

　　低頻抑制(LFR)觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制;高頻抑制(HFR)觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步(TV)觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會。

　　(3)觸發(fā)電平(Level)和觸發(fā)極性(Slope)

　　觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測信號同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升;逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號波形復(fù)雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑(HoldOff)旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間(掃描暫停時間)，能使掃描與波形穩(wěn)定同步。

　　極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時，在信號減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點(diǎn)。

　　7、垂直增益精度

　　示波器ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的垂直分辨率，就是數(shù)字示波器的垂直分辨率，其位數(shù)代表示波器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的精確程度。

　　一般示波器的垂直分辨率是8位，高分辨率示波器達(dá)12位。

　　8、記錄長度(存儲深度)

　　記錄長度是完整波型記錄中的點(diǎn)數(shù)。在一般情況下，示波器僅能儲存有限數(shù)量的取樣，所以，記錄長度越大越好。

　　擷取的時間=記錄長度/取樣率

　　所以，若具有1M點(diǎn)的記錄長度，且取樣率為250 MS/s時，示波器將可擷取4 ms。

　　良好的基本示波器一般儲存超過2,000點(diǎn)，這對穩(wěn)定的正弦波訊號(可能需要500點(diǎn))而言已綽綽有余。但要找出復(fù)雜的數(shù)位資料流中的時序異常原因，則應(yīng)考慮1M點(diǎn)以上的記錄長度。

　　具有記錄長度為數(shù)百萬點(diǎn)的示波器可以顯示出許多訊號活動的畫面，對研究復(fù)雜的波型而言是必不可少的功能。

　　9、自動量測及分析

　　自動化波型量測可讓您更輕松地獲得準(zhǔn)確的數(shù)值讀數(shù)。

　　大多數(shù)的示波器皆提供了前面板按鈕和/或螢?zāi)皇焦δ鼙?，以進(jìn)行準(zhǔn)確的自動化量測，包括振幅、週期和上升/下降時間。許多數(shù)位示波器還提供了平均值和RMS計算、工作周期和其他數(shù)學(xué)運(yùn)算。

　　比如通道運(yùn)算功能讓您可對波型進(jìn)行加、減和乘等運(yùn)算。使用波型相乘功能將電壓和電流相乘即可獲得功率值;使用減法功能則可粗略估計差動式量測?？焖俑盗⑷~變換(FFT)功能將可讓您查看擷取波型的頻率頻譜。

　　10、易于操作

　　示波器應(yīng)易于操作，即使是偶爾使用。如果您要花很多時間去學(xué)習(xí)它們，那么您的示波器將價值不大，適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)和中文操作界面會使您突破使用上的障礙。易于操作的標(biāo)準(zhǔn)包括：

　　常用的調(diào)整功能應(yīng)該擁有專門的旋鈕。

　　AUTOSET和/或DEFAULT按鈕將可用于即時設(shè)定。

　　示波器應(yīng)對不斷變化的事件能快速響應(yīng)和反應(yīng)。

　　示波器應(yīng)可支持您的語言，包括功能表系統(tǒng)、內(nèi)建的說明、手冊和合適的前面板說明。

　　11、數(shù)據(jù)管理和通訊能力

　　直接將示波器連接至電腦或透過可攜式媒體傳輸資料，可讓您進(jìn)行進(jìn)階的分析，并簡化記錄和分享成果。這對測量結(jié)果的分析非常重要。將信息和測量結(jié)果在高速通信網(wǎng)絡(luò)中便捷地保存和共享變得日益重要。

　　比如許多示波器均可產(chǎn)生JPG、BMP或PNG文件，輕松地納入資料。許多示波器均隨付軟件，或使其可用于下載，以協(xié)助擷取螢?zāi)划嬅?、收集波型資料或儲存儀器設(shè)定。還有些示波器提供了VGA輸出，讓您連接外部顯示器以便于檢視。

　　選示波器時，可看看有哪些功能是您需要的，現(xiàn)成的驅(qū)動程式可為您節(jié)省顯著的時間和精力。

　　12、串列匯流排解碼

　　大多數(shù)系統(tǒng)級(電腦到電腦)通訊均是在串列資料連結(jié)上傳輸。即使在現(xiàn)今的電路板上，大部分的芯片對芯片資料仍是在串列匯流排上傳輸。

　　有些示波器能夠解碼串列匯流排，并顯示資料時間相關(guān)的其他波型。相較于手工解碼，自動解碼耗時少得多且不易出錯。除了解碼，某些示波器還提供觸發(fā)和搜尋串列資料值的能力。這些功能有助于加速疑難排解的程序。

　　13、功能的擴(kuò)展性

　　為了不斷適應(yīng)需求變化。示波器功能最好可以隨機(jī)擴(kuò)展：

　　增加通道的內(nèi)存以分析更長的記錄長度;

　　增加面對具體應(yīng)用的測量功能;

　　有一整套兼容的探頭和模塊，加強(qiáng)示波器的能力;

　　同通用第三方的Windows兼容的分析軟件協(xié)同工作，例PATHWAVE INFINIIUM 應(yīng)用軟件;

　　增加附件，如電池組和機(jī)架固定件等。

　　14、價格與性價比

　　示波器自身很穩(wěn)定，一般不會出現(xiàn)損壞的情況，但因每年技術(shù)更新迭代導(dǎo)致新示波器沖擊舊示波器的市場，舊型號的示波器就會被慢慢淘汰。

　　總之，在選擇示波器時，我們需要從多個方面進(jìn)行考慮。通過了解自己的實(shí)際需求，選擇合適的精度、采樣率、帶寬和存儲深度等性能指標(biāo)，同時考慮操作性和易用性以及可靠性和穩(wěn)定性等方面的因素，我們可以選擇到一款適合自己的示波器，幫助我們更好地完成電子測試任務(wù)。