一、模擬和數字,，各有千秋 

廿世紀四十年代是電子示波器興起的時代,，雷達和電視的開發(fā)需要性能良好的波形觀察工具，帶寬100MHz的同步示波器開發(fā)成功,，這是近代示波器的基礎,。五十年代半導體和電子計算機的問世,，促進電子示波器的帶寬達到100MHz,。六十年代美國,、日本、英國,、法國在電子示波器開發(fā)方面各有不同的貢獻,，出現帶寬6GHz的取樣示波器、帶寬6GHz的多功能插件式示波器標志著當時科學技術的高水平,，為測試數字電路又增添邏輯示波器和數字波形記錄器。模擬示波器從此沒有更大的進展,，開始讓位于數字示波器,，英國和法國甚至退出示波器市場，技術以美國,，中低檔產品由日本生產,。 

模擬示波器要提高帶寬，需要示波管,、垂直放大和水平掃描全面推進,。數字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求,。加上數字示波管能充分利用記憶,、存儲和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。廿世紀八十年代數字示波器異軍突起,，成果累累,，大有全面取代模擬示波器之勢，模擬示波器的確從前臺退到后臺,。 

但是模擬示波器的某些特點,，卻是數字示波器所不具備的： 

操作簡單——全部操作都在面板上，波形反應及時,，數字示波器往往要較長處理時間,。 
垂直分辨率高——連續(xù)而且無限級，數字示波器分辨率一般只有8位至10位,。 
數據更新快——每秒捕捉幾十萬波形,，數字示波器每秒捕捉幾十個波形。 
實時帶寬和實時顯示——連續(xù)波形與單次波形的帶寬相同,，數字示波器的帶寬與取樣率密切相關,，取樣率不高時需借助內插計算，容易出現混淆波形,。 

簡而言之,，模擬示波器為工程技術人員提供眼見為實的波形，在規(guī)定的帶寬內可非常放心進行測試,。人類五官中眼睛視覺十分靈敏,，屏幕波形瞬間反映至大腦作出判斷，微細變化都可感知,。因此,，模擬示波器深受使用者的歡迎。 

二,、數字示波器

八十年代的數字示波器處在轉型階段,，還有不少地方要改進，美國的TEK公司和HP公司都對數字示波器的發(fā)展作出貢獻,。它們后來甚至停產模擬示波器,，并且只生產性能好的數字示波器。進入九十年代,，數字示波器除了提高帶寬到1GHz以上,，更重要的是它的全面性能超越模擬示波器。出現所謂數字示波器模擬化的現象,，換句話說,，盡量吸收模擬示波器的優(yōu)點，使數字示波器更好用,。 

數字示波器首先在取樣率上提高,，從zui初取樣率等于兩倍帶寬，提高至五倍甚至十倍，相應對正弦波取樣引入的失真也從100%降低至3%甚至1%,。帶寬1GHz的取樣率就是5GHz,，甚至10GHz。 

其次,，提高數字示波器的更新率,，達到模擬示波器相同的水平，zui高可達每秒40萬個波形,，對觀察偶發(fā)信號和捕捉毛刺脈沖就方便多了,。 

再次，采用多處理器加快信號處理能力,，從多重菜單的煩瑣測量參數調節(jié),，改進為簡單的旋鈕調節(jié)，甚至*自動測量,，使用上與模擬示波器同樣方便,。 

zui后，數字示波器與模擬示波器一樣具有屏幕的余輝方式顯示,，賦于波形的三維狀態(tài),，即顯示出信號的幅值、時間以及幅值在時間上的分布,。具有這種功能的數字示波器稱為數字熒光示波器或數字余輝示波器,。 

三、數字示波器要有模擬功能 

模擬示波器用陰極射線示波管顯示波形,，示波管的帶寬與模擬示波器的相同,，亦即示波管內的電子運動速度與信號頻率成正比，信號頻率越高電子速度越快,，示波管屏幕的亮度與電子束的速度成反比,，低頻波形的高度高，高頻波形的高度低,。利用熒光屏的亮度或灰度容易獲得信號的第三維信息,，如用屏幕垂直軸表示幅度，水平軸表示時間,，則屏幕亮度可表示信號幅度隨時間分布的變化。這種與時間有關的熒光余輝（灰度定標）效應對觀察混合波形和偶發(fā)波形十分有效,。模擬存儲示波器就是這種示波器的代表產品,，zui高的性能達到800MHz帶寬，可記錄到1ns左右的快速瞬變偶發(fā)事件,。 

數字示波器缺少余輝顯示功能,，因為它是數字處理，只有兩個狀態(tài)，非高即低,，原則上波形也是“有”和“無”兩個顯示,。為達到模擬示波器那樣的多層次亮度變化，必需采用圖像處理芯片,，例如TEK公司采用DPX型處理器芯片,，具有數據采集、圖像處理和存儲等多項功能,，DPX芯片由130萬個晶體管組成,，采用0.65um的CMOS工藝，并行流水結構,，取樣率2GS/s,。它既是數據采集芯片，同時也是光柵掃描器,，模擬示波管屏幕熒光體的發(fā)光特性,，用16級亮度分級，將波形存儲在500*200像素的LCD單色或彩色顯示屏上,，每0.33秒更新一次,。由于模擬存儲示波器只能依靠照相底片記錄波形，對數據保存并不十分方便,。例如用紅色表示出現機率zui高的波形,，蘭色表示出現機率zui低的波形，達到一目了然,。由于數字示波器已經達到1GHz帶寬的水平,，配合熒光顯示特性，總的性能優(yōu)于模擬存儲示波器,。 

四,、數字熒光示器 

去年電子示波器制造商TEK公司首先推出數字熒光示波器兩種系列TDS500（單色）和TDS700（彩色），具有500MHz-2GHz帶寬,，取樣率zui高2GHz,，zui多4通道輸入，屬于中數字示波器,，價位在10,000美元以上,。今年生產一種TDS3000系列數字熒光示波器，起價只3,000美元,，帶寬500MHz ,取樣率zui高5GS/s,，受到用戶的歡迎。另一家專門生產數字示波器的LeCroy公司,，今年也推出一種數字余輝示波器,，名稱雖有別于數字熒光示波器,，它們的功能實際上是相同的。Waverunner系列的帶寬500MHz,，取樣率500MS/s,，zui多4通道輸入，起價5,999美元,。 

以下較詳細介紹這兩種系列數字示波器的特點: 

普通數字示波器要觀察偶發(fā)事件需要使用長時間記錄,，然后作信號處理，這種辦法會漏掉非周期性出現的信號和不能顯示信號的動態(tài)特性,。數字熒光示波器能夠顯示復雜波形中的微細差別,，以及出現的頻繁程度。例如觀察電視信號,，既有行掃描,、幀掃描、視頻信號和伴音信號,，還要記錄電視信號中的異?，F象，對于專業(yè)人員和維修人員都是同樣重要的,。 

TEK公司的TDS3000數字熒光示波器提供多種測試模塊,，可以從前面板右上角插入四種模塊。例如觸發(fā)模塊可作邏輯狀態(tài),、邏輯圖形觸發(fā),，以及脈沖參數（上升、下降邊,，寬度,、周期等）；電視模塊于多種制式的（NTCS,、PAL和SECAM）波形記錄,；快速傅里葉變換（FFT）模塊可快速顯示信號的頻率成分和頻譜分布，既可分析脈沖響應,，亦可分析諧波分布,，并且識別和定位噪聲和干擾來源。 TDS3000系列示波器是便攜式的,，重量不到7磅,，可由電池供電，特別適于現場使用,。 

LeCroy公司的Waverunner系列數字余輝示波器的余輝時間常數是可以改變的,，因此在使用上與模擬存儲示波器非常相似。它的抖動和定時分析（JTA）軟件包可對屏幕顯示的信號作定量分析,，例如,，經過數字處理后可在脈沖抖動的波形下面劃出亮線，亮線長度表示抖動范圍,，zui亮部分表示zui常出現的抖動區(qū),。積累波形數目達10萬個，結果可繪制成直方圖,。 

Waverunner示波器還有兩種測試用軟件包：數字和測量軟件包,，波形分析軟件包。前者可自動測量和分析40種常用參數（如脈沖上升,、下降時間,，zui大、zui小值,，偏差值等）,，預測某種參數的趨勢（如測量IC的傳輸延時的變動范圍）。后者包括FFT分析,，zui多可達10(6)點的記錄長度,；高分辨率方式；包絡方式,；模板測試,；合格/不合格測試等。各種測試結果均利用彩色顯示器的不同顏色不同亮度表示結果,，真正讓使用者的視覺獲得迅速的反應,，充分發(fā)揮余輝灰度的三維效應。