如何選擇最合適的示波器

正在為您的電子項目或?qū)I(yè)工作尋找合適的示波器？無論您是經(jīng)驗豐富的工程師、學生還是電子愛好者，本指南都能為您提供清晰的框架，幫助您找到最符合自身需求的示波器。我們將探討帶寬、采樣率和上升時間等關鍵參數(shù)，確保您做出明智的選擇，從而提高測量精度和效率。

示波器是用來做什么的？

示波器，以前稱為示波圖（俗稱示波器、示波器或O-scope），是一種臺式儀器，它以圖形方式顯示電信號，并顯示這些信號隨時間的變化。工程師使用示波器來排查電路故障和檢查信號質(zhì)量。大多數(shù)工程師使用數(shù)字示波器，這也是我們這里要重點介紹的。數(shù)字示波器采集并存儲波形，這些波形顯示信號的電壓、頻率、噪聲分量、信號是否失真、信號之間的時序等等。

選擇示波器的基本參數(shù)

示波器帶寬

帶寬是一項關鍵參數(shù)，它決定了示波器能夠精確測量的最高頻率。帶寬是影響示波器功能和成本的重要因素。

帶寬越高，信號的再現(xiàn)就越準確，如圖所示，分別以250 MHz、1 GHz 和 4 GHz 帶寬級別捕獲的信號。

如何計算您的帶寬需求

在選擇示波器時，一個好的做法是使用以下公式，以確保能夠覆蓋信號的最高頻率分量：

例如，如果您的最高信號頻率為20 MHz，則應考慮使用帶寬至少為 60 MHz 的示波器。

示波器上升時間

上升時間對于數(shù)字應用至關重要，它表明示波器跟蹤信號快速變化的能力。

高速數(shù)字信號的上升時間特性分析。

計算示波器所需的上升時間

示波器的上升時間應遠小于信號中最快的上升時間。使用以下公式查找合適的示波器：

對于上升時間為4 ns 的信號，示波器的上升時間應小于 1.33 ns。

示波器采樣率

采樣率表示示波器對信號進行采樣的頻率，這會影響所捕獲波形的細節(jié)。

更高的采樣率可提供更高的信號分辨率，確保您能夠看到間歇性事件。

確定示波器的正確采樣率

為了選擇合適的采樣率，請遵循以下準則：

對于最大頻率為20 MHz 的信號，應選擇采樣率至少為 200 MS/s 的示波器。這樣可以確保詳細捕捉波形，便于進行精確分析。

示波器選擇的其他考慮因素

示波器的通道密度

數(shù)字示波器對模擬通道進行采樣，并將采樣結果存儲并顯示。一般來說，通道越多越好，但增加通道數(shù)也會增加示波器的價格。

您的應用場景將決定您需要選擇具有兩通道、四通道、六通道甚至八通道的示波器。例如，雙通道示波器可用于比較元件的輸入和輸出。四通道示波器可比較更多信號，并提供更大的靈活性，方便您進行通道間的數(shù)學運算（例如，相乘得到功率信號，相減得到差分信號）。六通道或八通道示波器允許在電源相關環(huán)境中同時進行多總線分析，并可同時查看電壓或電流類型的信號。

混合信號示波器增加了數(shù)字定時通道，這些通道指示高電平或低電平狀態(tài)，并可以同時顯示為總線波形。無論選擇哪種通道，所有通道都應具有良好的量程、線性度、增益精度、平坦度和抗靜電性能。

有些樂器為了節(jié)省成本，會在多個通道之間共享采樣系統(tǒng)。但要注意：開啟的通道數(shù)量越多，采樣率可能越低。

兼容的示波器探頭

良好的測量始于探頭尖端。示波器和探頭作為一個系統(tǒng)協(xié)同工作，因此在選擇示波器時務必考慮探頭。

進行測量時，探頭實際上會成為電路的一部分，引入電阻、電容和電感負載，從而改變測量結果。為了最大限度地減少這種影響，最好使用專為您的示波器設計的探頭。

選擇帶寬足夠的無源探頭。探頭的帶寬應與示波器的帶寬相匹配。

多種兼容探頭可以讓您的示波器應用于更多領域。購買前請先查看您的示波器有哪些兼容探頭。

無源探頭：衰減倍數(shù)為10 倍的探頭可為電路提供可控的阻抗和電容，適用于大多數(shù)接地參考測量。大多數(shù)示波器都包含此類探頭——每個輸入通道都需要一個。

高壓差分探頭：差分探頭使接地參考示波器能夠安全、準確地進行浮動和差分測量。每個實驗室都應該至少配備一個。

邏輯探針：邏輯探針將數(shù)字信號傳輸?shù)交旌闲盘柺静ㄆ鞯那岸?。它們包括帶有附件的“飛線”，這些附件設計用于連接到電路板上的小型測試點。

電流探頭：添加電流探頭后，示波器不僅可以測量電流，還可以計算和顯示瞬時功率。

示波器的觸發(fā)功能

所有示波器都提供邊沿觸發(fā)功能，大多數(shù)還提供脈沖寬度觸發(fā)功能。為了捕獲異常信號并充分利用示波器的記錄長度，請選擇一款能夠處理更復雜信號的高級觸發(fā)功能的示波器。

可用的觸發(fā)選項越多，瞄準鏡的用途就越廣泛（也能更快地找到問題的根本原因）：

· 數(shù)字/脈沖觸發(fā)：脈沖寬度、短脈沖、上升/下降時間、建立和保持時間

· 邏輯觸發(fā)

· 串行數(shù)據(jù)觸發(fā)：嵌入式系統(tǒng)設計同時使用串行（I2C、SPI、CAN/LIN…）和并行總線。

· 視頻觸發(fā)

示波器記錄長度

記錄長度是指完整波形記錄中的數(shù)據(jù)點數(shù)量。示波器能夠存儲的采樣點數(shù)量有限，因此，一般來說，記錄長度越長越好。

記錄時間= 記錄長度 / 采樣率。因此，如果記錄長度為 1 M 點，采樣率為 250 MS/s，示波器將記錄 4 毫秒的信號。如今的示波器允許您選擇記錄長度，以優(yōu)化應用所需的細節(jié)級別。

例如，一個好的入門級示波器可以存儲超過2000 個點，這對于穩(wěn)定的正弦波信號（可能只需要 500 個點）來說綽綽有余，而更高級的高端示波器則擁有高達 1G 個點，這對于處理高速串行數(shù)據(jù)類型應用至關重要。 

示波器波形捕獲率

波形捕獲率，以每秒波形數(shù)(wfms/s) 表示，指的是示波器采集波形的速度。示波器的波形捕獲率差異很大，因此找到適合您應用的示波器至關重要。

具有高波形捕獲率的示波器能夠更直觀地展現(xiàn)信號行為，并顯著提高示波器快速捕獲瞬態(tài)異常（如抖動、短脈沖、毛刺和轉(zhuǎn)換錯誤）的概率。

數(shù)字存儲示波器(DSO) 采用串行處理架構，可捕獲 10 至 5,000 波形/秒 (wfms/s) 的波形。一些 DSO 提供一種特殊模式，可將多個捕獲的波形突發(fā)式地存儲到長存儲器中，從而暫時提高波形捕獲速率，但隨后會出現(xiàn)較長的處理死區(qū)時間，降低捕獲罕見、間歇性事件的概率。

大多數(shù)數(shù)字熒光示波器(DPO) 采用并行處理架構，從而大幅提高波形捕獲率。一些 DPO 僅需幾秒鐘即可采集數(shù)百萬個波形，顯著提高了捕捉間歇性和難以捉摸的事件的概率，使您能夠更快地發(fā)現(xiàn)信號中的問題。 

示波器擴展性

隨著您的需求變化，您需要一臺能夠通過應用模塊和軟件更新來滿足您需求的示波器。

如果您希望日后擴展示波器的功能，請確保您的儀器具備所需的一切功能。例如，某些示波器允許您：

· 為通道增加內(nèi)存以分析更長的記錄長度

· 添加特定應用測量功能

· 利用全系列探頭和模塊，進一步增強示波器的強大功能。

· 使用流行的第三方分析和生產(chǎn)力工具

· 兼容Windows 的軟件

· 添加配件，例如電池組和機架安裝支架

示波器的連接性

分析完示波器測量數(shù)據(jù)后，您需要記錄并分享您的發(fā)現(xiàn)。示波器的連接功能提供了高級分析能力，并簡化了結果的記錄和分享。

根據(jù)示波器的不同，您可能可以使用標準接口（GPIB、RS-232、USB 和以太網(wǎng)）、網(wǎng)絡通信模塊或高級功能，這些功能允許您：

· 您可以在示波器上創(chuàng)建、編輯和共享文檔，所有操作均可在您特定的工作環(huán)境中完成。

· 訪問網(wǎng)絡打印和文件共享資源

· 訪問Windows? 桌面

· 運行第三方分析和文檔軟件

· 連接到網(wǎng)絡

· 接入互聯(lián)網(wǎng)

· 發(fā)送和接收電子郵件