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【摘要】 电子工业的飞速发展给测量仪器和仪器设备带来了前所未有的机遇。 以数字示波器为例。 国内外众多厂商看准了示波器领域的商机。 我们不可或缺的测量仪器，如何选择适合自己的示波器以及如何树立正确的使用示波器的观念，在使用示波器测量和调试信号系统时显得尤为重要。 本文主要介绍示波器最基本但最重要的指标和概念，帮助读者更好地了解示波器，掌握选择示波器的利弊。

在科技发达的信息社会，示波器可以说是任何电子设备设计、制造或维修的必备工具。 从设计开发到测试使用，工程师需要一双“智慧的眼睛”，能够快速、准确地发现问题，帮助工程师更好地解决测量问题。 面对当今各种测量挑战，示波器当之无愧地被工程师称为能够满足要求、做好工作的最佳关键工具。

示波器的用途不仅限于电子产品。 示波器利用信号转换器，适用于各种物理现象。 信号转换器转换电信号以响应各种物理刺激，包括声音、机械应力、压力、光和热。 麦克风是将声音转换为电信号的信号转换器。 从物理学家到电视修理工，每个人都在使用示波器。 汽车工程师使用示波器来测量发动机振动。 医生用示波器测量脑电波。 描述示波器的用途没有尽头。 如何选择和判断示波器的优劣已经成为工程师必知的常识。 要想玩好示波器，就必须了解一些基本但重要的知识。 下面简单介绍一下示波器的三个关键指标。

带宽

带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三个关键指标。 带宽一直被称为示波器的第一性能指标，也成为决定示波器价格的重要因素。 带宽也是市场划分的依据。 一般来说，带宽一般指的是模拟放大器的带宽，除非另有说明。示波器使用方法图解，也就是常说的-3dB截止频率点。 示波器面板上的标称带宽就是我们常说的示波器带宽。 究竟什么是示波器的带宽可以这样理解：当在示波器的输入端输入正弦波信号时，幅度衰减到原信号幅度的0.707倍的频率点称为示波器的带宽。 也就是说，如果示波器的带宽为100MHz，用它测试频率为100MHz、幅度为1Vpp的信号时，最终测得的信号幅度仅为100MHz、0.707Vpp。

带宽限制会对信号捕获、信号重构和信号完整性产生很大影响，具体体现在：被测信号的上升沿变慢； 信号的频率成分会降低； 信号的相位会失真。 示波器的带宽通常为被测信号频率的3-5倍，以保证被测信号不失真。 示波器的特定带宽取决于被测信号的类型和您想要的精度。

采样率

计算机处理离散的数字信号。 同样，模拟电压信号进入示波器后，也要经过模数转换为数字信号。 我们把连续信号到离散信号的转换过程称为采样。 模拟信号只有经过采样、量化、编码后才能被计算机识别和处理。 采样是数字示波器分析和处理信号的基础。 通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并将电压转换成八位二进制码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。 示波器的采样率越快，重建的波形越接近原始信号，重要信息和事件丢失的可能性就越小。 采样率就是采样间隔。 例如示波器的采样率为每秒10G次（10GSa/s），表示每100ps采样一次。 根据奈奎斯特采样定理，在对最高频率f的带限信号进行采样时，采样频率SF必须大于f的两倍（SF≥2f）才能保证从采样值中完整重构出原始信号。 虽然此定理适用于无限长且连续的信号，但使用两倍于最高频率分量的采样率通常是不够的。

我们在选择使用示波器时，对于特定的带宽选择多少采样率也取决于采样方式。 今天的数字示波器通常使用两种基本的采样方法：实时采样和等效采样。 等效抽样又可分为随机抽样和重复抽样两种。 两种等效采样都要求信号重复并能稳定触发。 这两类模式中还有其他的采样模式。 例如Maxson公司生产的MS500系列示波器支持四种采样模式（有的也称为捕获模式）：normal、average、peak和envelope。 正常采样模式是指示波器以相等的时间间隔对信号进行采样以创建波形； 平均采样是指示波器对多次采样的波形进行平均，然后生成最终波形。 平均采样方式可以减少显示信号中的随机或不相关的噪声； 峰值采样模式指示示波器使用两个连续捕获间隔中包含的所有样本的最高点和最低点，并将这些值视为相关的波形点。 该方式可以有效获取可能丢失的窄脉冲和毛刺检测示波器使用方法图解，但显示的噪声比较大； 包络模式表示示波器将多个样本的波形重新组合叠加。 在指定的N次采集中，在同一位置采集其最大值和最小值并显示。

存储深度

作为数字示波器的第三个关键指标，存储深度是不得不提的。 存储深度是示波器可以存储多少采样点的量度。 数字存储示波器的最大存储深度是一定的，但实际测试中使用的存储深度是可调的。

存储深度等于存储速率和存储时间的乘积。 增加示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率。 如果存储深度固定，想要采集长期波形，只能以降低采样率为代价。 , 但这会导致波形质量下降。 如果增加存储深度，可以提高采样率以获得不失真的波形。 MS500系列采用240K的高存储深度，对高速、长时间的信号仍能保持1G/s的采样率，保证信号的准确性，具备分析高频和低频的能力-频率现象同时出现。 高存储深度使该示波器工作在FFT和高速串行信号上可以游刃有余。

为了更好地了解示波器，了解一些性能术语也很重要。 下面简单介绍一下示波器的性能术语。

扳机

说到示波器，就不得不提到触发的概念。 正确理解触发概念对于更好、更正确地使用示波器非常重要。 数字示波器有很多丰富的触发功能。 国产手持多功能示波器Micsig牌MS500系列支持触发类型包括边沿、脉宽、逻辑、视频、串行总线。 用户可以通过设置触发条件观察触发前后的波形。 低速信号测量中的干扰和奇怪信号必须通过触发隔离。 简单地说，触发器的作用就是隔离波形和同步波形。 隔离是指在触发位置被隔离的波形是满足触发的波形。 同步就是稳定输出波形，使波形不再抖动。 网上有一篇文章专门介绍了触发。 人们常说，要更好、更清楚地理解触发，就必须了解与触发相关的触发源、触发点、触发电平和触发方式。

触发源是选择哪个通道作为触发对象。 触发源可以是示波器的任意通道，也可以设置外部信号作为触发信号源； 触发点也就是所谓的触发位置。 调整触发位置观察触发前或触发后的波形，按MS500示波器上的“50%”快捷键可快速调整触发位置至水平中心位置； 触发电平是设置的触发点对应的信号电压，信号只有达到设置的触发电平才会被触发。

触发方式一般有自动（Auto）、正常（Normal）和单次（Single），也有人将停止（Stop）作为第四种触发方式。 普通模式是指无论是否满足触发条件，都显示波形，实时刷新波形； 正常模式是指只有在有效触发事件发生时才触发显示，否则波形将静止在上次捕获的波形图上。 手持示波器MS500系列示波器屏幕右上角会提示“等待触发”。 单次模式是第一次捕获满足触发条件的信号波形，捕获后会显示停止状态，停止模式是强制信号处于静止状态。

此外，还有触发耦合方式和触发抑制时间。 Maxim示波器的触发耦合方式有直流、交流、高频抑制、低频抑制、噪声抑制耦合方式。 触发抑制时间是示波器等待重新触发的时间量。 直到抑制结束，示波器才会再次触发。

波形刷新率

波形刷新率也称为波形捕获率，表示示波器每秒可以显示多少个波形。 示波器的“死区”时间是指示波器对采集到的波形进行处理和显示的时间。 在此期间，示波器不采集信号。 普通示波器的“死区”时间远大于“显示区”时间，使信号大部分时间无法显示，无法观察到异常信号。 MS500系列手持式示波器的刷新率可达每秒19万次，高刷新率示波器大大减少了死区时间，从而能够快速准确地发现异常信号，真正做到了普通示波器的“所见即所得”实现了。 事件。

垂直分辨率

数字示波器的垂直分辨率是指模数转换器的垂直分辨率，用来衡量示波器将输入电压转换为数字值的精度。 更多的是示波器的带宽和采样率，一般很少讲分辨率。 一般各厂家生产的实时示波器的ADC位数多为8位，因此很少提及垂直分辨率。 MS500 系列的垂直分辨率为 9 位。 一般实时示波器由于采样率高，ADC位数很难增加。 需要高分辨率测量的场合往往采用低采样率的数据采集卡来实现。 而Micsig示波器在采样率为1G/s时，ADC位数达到了9位，这样在测量和分析微笑变化信号时可以将量化误差降到最低。 而且整机尺寸仅为254mm×160mm×60mm，含电池重量仅为1.66kg。 在便携的前提下，完全可以替代所有同带宽的台式示波器，具有台式示波器无可比拟的性能和优势。

关于示波器还有其他性能指标。 读者可以参考其他相关资料，也可以找到各个示波器厂商关于示波器的文章。 了解示波器的原理和更好地使用示波器，树立正确的使用示波器观念，掌握选择示波器的权衡方法，都具有指导意义。 我也知道自己水平有限，难免会有疏忽、错误和疏漏。 怀着忐忑的心情写下这篇文章，也借鉴了一些相关专家的意见。 只希望初学者能够准确快速的解决示波器的问题。 同时也希望自己的拙文能够成为初学者乃至工程师的启蒙之作。