示波器選型方案
示波器自從問(wèn)世以來(lái)，它一直是*重要、*常用的電子測(cè)試儀器之一。由于電子技術(shù)的發(fā)展，示波器的能力在不斷提升，其性能與價(jià)格也五花八門，市場(chǎng)參差不齊。示波器看似簡(jiǎn)單，但如何選擇，也存在許多問(wèn)題。本文根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合北京海洋興業(yè)科技有限公司選型指南，從幾個(gè)方面告知您在選擇示波器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：一、了解您需要測(cè)試的信號(hào) 您要知道用示波器觀察什么？您要捕捉并觀察的信號(hào)其典型性能是什么？您的信號(hào)是否有復(fù)雜的特性？您的信號(hào)是重復(fù)信號(hào)還是單次信號(hào)？您要測(cè)量的信號(hào)過(guò)渡過(guò)程的帶寬，或者上升時(shí)間是多大？您打算用何種信號(hào)特性來(lái)觸發(fā)短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等？您打算同時(shí)顯示多少信號(hào)？您對(duì)測(cè)試信號(hào)作何種處理？二、選擇示波器的核心技術(shù)差異：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(jià)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(jià)格不斷降低，以及數(shù)字示波器不斷增加的測(cè)量能力和實(shí)際上不受限制的測(cè)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。三、確定測(cè)試信號(hào)帶寬 帶寬一般定義為正弦波輸入信號(hào)幅度衰減到 -3dB時(shí)的頻率，即幅度的70.7%。帶寬決定示波器對(duì)信號(hào)的基本測(cè)量能力。如果沒有足夠的帶寬，示波器將無(wú)法測(cè)量高頻信號(hào)，幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會(huì)消失，細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失；如果沒有足夠的帶寬，得到的信號(hào)所有特性，包含響鈴和振鳴等都毫無(wú)意義。 一個(gè)決定您所需要的示波器帶寬有效經(jīng)驗(yàn)——“5倍經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則”：將您要測(cè)量的信號(hào)*高頻率分量乘以5，使測(cè)量結(jié)果獲得高于2%的精度。 在某些應(yīng)用場(chǎng)合，您不知道你的感興趣的信號(hào)帶寬，但是您知道它的*快上升時(shí)間，這時(shí)頻率響應(yīng)用下面的公式來(lái)計(jì)算關(guān)聯(lián)帶寬和儀器的上升時(shí)間：Bw=0.35/信號(hào)的*快上升時(shí)間。 數(shù)字示波器帶寬有兩種類型：重復(fù)（或等效時(shí)間）帶寬和實(shí)時(shí)（或單次）帶寬。重復(fù)帶寬只適用于重復(fù)的信號(hào)，顯示來(lái)自于多次信號(hào)采集期間的采樣。實(shí)時(shí)帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的*高頻率，且當(dāng)捕捉的事件不是經(jīng)常出現(xiàn)或瞬變信號(hào)時(shí)就更為重要，實(shí)時(shí)帶寬與采樣速率緊密聯(lián)系。 帶寬越高越好，但是更高的帶寬往往意味著更高的價(jià)格，因此應(yīng)按照預(yù)算來(lái)選擇您要觀察的信號(hào)頻率成分。四、A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率（或采樣速度） 單位為每秒采樣次數(shù)（ S/s），指數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)采樣的頻率。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丟失的概率就越小。 如果需要觀測(cè)較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的慢變信號(hào)或低頻信號(hào)，*小采樣速率就發(fā)揮了作用，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數(shù)，需要調(diào)整水平控制旋鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著水平調(diào)節(jié)旋鈕的變化而變化。 如何計(jì)算采樣速率？計(jì)算方法取決于所測(cè)量的波形類型，以及示波器所采用的信號(hào)重建方式，例正弦插入法，矢量插入法等。為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號(hào)并避免混淆，奈奎斯定理規(guī)定：信號(hào)的采樣速率必須不小于其*高頻率成分的兩倍。然而，這個(gè)定理的前提是基于無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間和周期連續(xù)的信號(hào)。由于示波器不可能提供無(wú)限時(shí)間的記錄長(zhǎng)度，而且從定義上看，低頻干擾是不連續(xù)的，也不是周期的，所以采用兩倍于*高頻率成分的采樣速率通常是不夠的。 實(shí)際上，信號(hào)的準(zhǔn)確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號(hào)采樣點(diǎn)間隙所采用的插值法，即波形重建。一些示波器會(huì)為操作者提供以下選擇：測(cè)量正弦信號(hào)的正弦插值法，以及測(cè)量矩形波、脈沖和其他信號(hào)類型的線性插值法。 有一個(gè)比較采樣速率和信號(hào)帶寬時(shí)很有用的經(jīng)驗(yàn)法則：如果您正在觀察的示波器有內(nèi)插（通過(guò)篩選以便在取樣點(diǎn)間重新生成），則（采樣速率/信號(hào)帶寬）的比值至少應(yīng)為 4∶1；無(wú)正弦內(nèi)插時(shí)，則應(yīng)采取 10∶1的比值。五、屏幕刷新率也稱為波形更新速度 所有的示波器都會(huì)閃爍，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號(hào)，在這些測(cè)量點(diǎn)之間將不再進(jìn)行測(cè)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(gè)波形或周期內(nèi)A/D采樣輸入信號(hào)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(jí)別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會(huì)提供更多的重要信號(hào)特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時(shí)的異常情況，如抖動(dòng)、矮脈沖、低頻干擾和瞬時(shí)誤差的概率。 一般來(lái)講，模擬示波器由于電路簡(jiǎn)單，其屏幕刷新率較高，而數(shù)字存儲(chǔ)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(gè)波形。為了改變數(shù)字示波器屏幕刷新率低的問(wèn)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(wàn)個(gè)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(hào)存在的問(wèn)題。六、選用適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)深度，也稱記錄長(zhǎng)度 存儲(chǔ)深度是示波器所能存儲(chǔ)的采樣點(diǎn)多少的量度。如果您需要不間斷的捕捉一個(gè)脈沖串，則要求示波器有足夠的存儲(chǔ)器以便捕捉整個(gè)事件。將所要捕捉的時(shí)間長(zhǎng)度除以**重現(xiàn)信號(hào)所須的采樣速率，可以計(jì)算出所要求的存儲(chǔ)深度。 存儲(chǔ)深度與采樣速率密切相關(guān)。您所需要的存儲(chǔ)深度取決于要測(cè)量的總時(shí)間跨度和所要求的時(shí)間分辨率。 現(xiàn)代的示波器允許用戶選擇記錄長(zhǎng)度，以便對(duì)一些操作中的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。分析一個(gè)十分穩(wěn)定的正弦信號(hào)，只需要500點(diǎn)的記錄長(zhǎng)度；但如果要解析一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，則需要有一百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)或更多點(diǎn)的記錄長(zhǎng)度。 在正確位置上捕捉信號(hào)的有效觸發(fā)，通常可以減小示波器實(shí)際需要的存儲(chǔ)量。七、根據(jù)需要選擇不同的觸發(fā)功能 示波器的觸發(fā)能使信號(hào)在正確的位置點(diǎn)同步水平掃描，使信號(hào)特性清晰。觸發(fā)控制按鈕可以穩(wěn)定重復(fù)的波形并捕獲單次波形。 大多數(shù)用示波器的用戶只采用邊沿觸發(fā)方式，如果擁有其它觸發(fā)能力在某些應(yīng)用上是非常有用的，特別是對(duì)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的故障查尋，先進(jìn)的觸發(fā)方式可將所關(guān)心的事件分離出來(lái)，找出您關(guān)心的非正常問(wèn)題，從而*有效地利用采樣速率和存儲(chǔ)深度。 現(xiàn)今有很多示波器，具有先進(jìn)的觸發(fā)能力。觸發(fā)能力主要圍繞三個(gè)方面：①有關(guān)垂直方向的幅度，例瞬態(tài)尖峰觸發(fā)、過(guò)脈沖或短脈沖觸發(fā)等；②有關(guān)水平方向的與時(shí)間有關(guān)的觸發(fā)，例脈沖寬度、窄脈沖、建立/保持時(shí)間等設(shè)定時(shí)間寬度的觸發(fā)形式；③擴(kuò)展和常規(guī)觸發(fā)功能的組合能力，例對(duì)視頻信號(hào)或其它難以捕捉的信號(hào)，通過(guò)時(shí)間和幅度組合設(shè)置觸發(fā)條件進(jìn)行觸發(fā)。觸發(fā)能力的提高，可以大提高測(cè)試過(guò)程的靈活性，并簡(jiǎn)化工作，尤其現(xiàn)今的示波器對(duì)數(shù)據(jù)總線的觸發(fā)能力大大提高，例CAN，I2C等。八、通道能力，包括通道數(shù)量和通道對(duì)地的懸浮能力和通道之間的隔離能力 您需要的通道數(shù)取決于您的應(yīng)用，對(duì)于通常的經(jīng)濟(jì)型故障查尋應(yīng)用，需要的是雙通道示波器，然而要求觀察若干個(gè)模擬信號(hào)的相互關(guān)系，將需要一臺(tái)4通道示波器，許多工作于模擬與數(shù)字兩種信號(hào)的系統(tǒng)工程師可以選擇混合信號(hào)示波器（MSO），它將邏輯分析儀的通道計(jì)數(shù)及觸發(fā)能力與示波器的較高分辨率綜合到具有時(shí)間相關(guān)顯示的單一儀器中。如果您測(cè)量三相電，可控硅等有源器件或線路，