示波器自從問世以來,，它一直是常用的電子測試儀器之一,。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,，市場參差不齊。示波器看似簡單,，但如何選擇,，也存在許多問題。本文根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),，從幾個方面告知您在選擇示波器時(shí)應(yīng)注意的問題：
一,、了解您需要測試的信號
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帶寬,，或者上升時(shí)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(shí)顯示多少信號？您對測試信號作何種處理,？
二,、選擇示波器的核心技術(shù)差異：模(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量能力和實(shí)際上不受限制的測量功能,。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,、確定測試信號帶寬
帶寬一般定義為正弦波輸入信號幅度衰減到 -3dB 時(shí)的頻率,，即幅度的70.7% 。帶寬決定示波器對信號的基本測量能力,。如果沒有足夠的帶寬,，示波器將無法測量高頻信號，幅度將出現(xiàn)失真,，邊緣將會消失,，細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失；如果沒有足夠的帶寬,，得到的信號所有特性,，包含響鈴和振鳴等都毫無意義。一個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”：將您要測量的信號*高頻率分量乘以5,，使測量結(jié)果獲得高于2%的精度,。在某些應(yīng)用場合，您不知道你的感興趣的信號帶寬,，但是您知道它的*快上升時(shí)間,，這時(shí)頻率響應(yīng)用下面的公式來計(jì)算關(guān)聯(lián)帶寬和儀器的上升時(shí)間： Bw="0".35/信號的*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,，顯示來自于多次信號采集期間的采樣。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)算來選擇您要觀察的信號頻率成分,。
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)字示波器對信號采樣的頻率,。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,。如果需要觀測較長時(shí)間范圍內(nèi)的慢變信號或低頻信號，*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)算方法取決于所測量的波形類型，以及示波器所采用的信號重建方式,，例正弦插入法,，矢量插入法等。為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號并避免混淆,，奈奎斯定理規(guī)定：信號的采樣速率必須不小于其*高頻率成分的兩倍,。然而，這個定理的前提是基于無限長時(shí)間和周期連續(xù)的信號,。由于示波器不可能提供無*的記錄長度,，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,，信號的準(zhǔn)確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號采樣點(diǎn)間隙所采用的插值法,，即波形重建。一些示波器會為操作者提供以下選擇：測量正弦信號的正弦插值法,，以及測量矩形波,、脈沖和其他信號類型的線性插值法。有一個比較采樣速率和信號帶寬時(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(通過篩選以便在取樣點(diǎn)間重新生成),，則(采樣速率/信號帶寬)的比值至少應(yīng)為 4∶1 ,；無正弦內(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,，并能很大地增加示波器快速捕獲瞬時(shí)的異常情況,，如抖動、矮脈沖,、低頻干擾和瞬時(shí)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。
六,、選用適當(dāng)?shù)氖静ㄆ鞔鎯ι疃?，也稱記錄長度
存儲深度是示波器所能存儲的采樣點(diǎn)多少的量度。如果您需要不間斷的捕捉一個脈沖串,，則要求示波器有足夠的存儲器以便捕捉整個事件,。將所要捕捉的時(shí)間長度除以**重現(xiàn)信號所須的采樣速率，可以計(jì)算出所要求的存儲深度,。存儲深度與采樣速率密切相關(guān),。您所需要的存儲深度取決于要測量的總時(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度,，以便對一些操作中的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化,。分析一個十分穩(wěn)定的正弦信號，只需要 500 點(diǎn)的記錄長度,；但如果要解析一個復(fù)雜的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流,，則需要有一百萬個點(diǎn)或更多點(diǎn)的記錄長度。在正確位置上捕捉信號的有效觸發(fā)，通?？梢詼p小示波器實(shí)際需要的存儲量,。
七、根據(jù)需要選擇不同的示波器觸發(fā)功能
示波器的觸發(fā)能使信號在正確的位置點(diǎn)同步水平掃描,，使信號特性清晰,。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,，找出您關(guān)心的非正常問題,，從而*有效地利用采樣速率和存儲深度。現(xiàn)今有很多示波器,，具有先進(jìn)的觸發(fā)能力,。觸發(fā)能力主要圍繞三個方面：
①有關(guān)垂直方向的幅度,，例瞬態(tài)尖峰觸發(fā),、過脈沖或短脈沖觸發(fā)等；
?、谟嘘P(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,，例對視頻信號或其它難以捕捉的信號,，通過時(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,，可以大提高測試過程的靈活性,，并簡化工作，尤其現(xiàn)今的示波器對數(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模擬信號的相互關(guān)系,，將需要一臺4通道示波器，許多工作于模擬與數(shù)字兩種信號的系統(tǒng)工程師可以選擇混合信號示波器(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,。如果您測量三相電，可控硅等有源器件或線路,，兩端之間沒有優(yōu)良的零點(diǎn),，即所謂的浮地信號，這時(shí)候從操作安全和精度出發(fā),，應(yīng)選用隔離通道示波器,；如果比較多通道的時(shí)序和相移，應(yīng)選用兩通道以上示波器,，這時(shí)通道之間的隔離更顯重要。
九,、示波器對異?，F(xiàn)象的捕獲
三個主要因素影響著示波器顯示日常測試與調(diào)試中所遇到的未知和復(fù)雜信號的能力：屏幕刷新速率、波形捕獲方式和觸發(fā)能力,。波形捕獲模式有：采樣模式,、峰值檢測模式、高分辨率模式,、包絡(luò)模式,、平均值模式等。屏幕刷新速率指給您關(guān)于示波器對信號和控制的變化反應(yīng)快慢,，使用峰值檢測有助于在較慢的信號中捕捉快速信號的峰值,。
十、示波器的性能和指標(biāo)
示波器的指標(biāo)有很多：如垂直靈敏度,、掃描速度,、垂直精度、時(shí)間基準(zhǔn),、垂直分辨率等等,。示波器的性能取決品牌的質(zhì)量，關(guān)鍵在于質(zhì)量,、穩(wěn)定性和校準(zhǔn)服務(wù)等,。
十一、分析功能有助于您事半功倍
數(shù)字示波器的*大優(yōu)點(diǎn)是它們能得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量,，且按一下按鈕即可實(shí)現(xiàn)各種分析功能,。雖然可利用的功能因廠家和型號而異，但它們一般包括頻率,、上升時(shí)間,、脈沖寬度等測量,，有些示波器還提供很多分析模塊，例FFT,、功率分析,、上等數(shù)**算等超常功能。
十二,、相應(yīng)配套的附件和探頭
容易忘記的一點(diǎn)是,，當(dāng)裝上探頭時(shí)，它就成為整個測試電路的一部分了,，結(jié)果探頭將造成電阻性,、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)*小,，使信號得到***的復(fù)現(xiàn)。由于 SMT 元件的發(fā)展,，連接更困難,，使用不同的附件滿足特殊需要。
十三,、示波器的操作性能
很顯然,，如果您不能訪問各種功能，或者要花很多時(shí)間去學(xué)習(xí)它們,，那么您的示波器將價(jià)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。
十四,、示波器的數(shù)據(jù)管理和通訊能力
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。示波器的互聯(lián)性提供對結(jié)果的上等分析能力并簡化結(jié)果的存檔和共享,。示波器通過各種接口(GPIB,、RS-232、USB 或以太網(wǎng))和網(wǎng)絡(luò)通信模式提供一系列的功能和控制方式,。
十五,、示波器功能的擴(kuò)展性
為了不斷適應(yīng)需求變化。示波器功能*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,，例如 OIscope 示波器軟件。
○ 增加附件,，如電池組和機(jī)架固定件等,。
總之,，示波器的選擇是一個看似簡單而又是您很難處理的問題，市場上產(chǎn)品很多,，并且技術(shù)各有差異,，有時(shí)很難讓您下決定。以上說明可能給您一些建議,，采用下圖的選擇過程會對您更有益,。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，選擇示波器有以下“經(jīng)驗(yàn)法則”：
(一) ART模擬示波器,，選擇四要素：性價(jià)比(價(jià)格與產(chǎn)品質(zhì)量品牌的比較優(yōu)勢),、測試帶寬(5倍經(jīng)驗(yàn)法則)、通道數(shù)量(2或4),、供應(yīng)商能力(售后是否得到保證),。
(二) DSO數(shù)字存儲示波器，在測試信號帶寬,、示波器帶寬,、示波器實(shí)時(shí)采樣率、示波器存儲深度之間找到平衡,，有以下經(jīng)驗(yàn)可循：示波器帶寬*好是信號帶寬的5倍；示波器實(shí)時(shí)采樣速率≥4倍示波器帶寬,；存儲深度≥采樣速率×要求*長保存時(shí)間,。
(三) DPO數(shù)模兼合示波器，在基本指標(biāo)要求上與DSO一致,，但需要引入二個能力：屏幕刷新率,、波形觸發(fā)與分析能力。
(四) 特殊功能需求,。
?、倌闳绻枰浆F(xiàn)場工作，并且需要電池供電,，對儀器的體積要求很嚴(yán),，對儀器的功能除示波器測量外還需要其它測試(例萬用表功能)，您這時(shí)*好選用手持示波表(HSO),。
?、谌绻诟綦x或懸浮時(shí)，安全不能得到保障,，并且需要分析功率,、相移時(shí)，請選用隔離示波器(DIO),，尤其是多通道的DIO,。
?、廴绻枰嗤ǖ赖哪M與數(shù)字信號混合測試，您除了選用具有串行總線觸發(fā)功能的示波器外,，您*好選用MSO混合示波器,。
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