講示波器，總會(huì)不由地想起三星測(cè)試的時(shí)光。產(chǎn)品機(jī)種的第一版回板，接下來(lái)的時(shí)間都是在實(shí)驗(yàn)室，趕產(chǎn)品的周期，那段時(shí)間不間斷地驗(yàn)證和測(cè)試。現(xiàn)在好久不測(cè)了，手都生了，突然有點(diǎn)懷念那些家伙了……打住！言歸正傳，直接上思維導(dǎo)圖：

1、作用

講示波器，第一時(shí)間的想問(wèn)的是：示波器有什么用？有人肯定不假思索地回答：測(cè)波形。這個(gè)回答沒(méi)問(wèn)題，只是太籠統(tǒng)。信號(hào)分低速高速，示波器測(cè)試不同的信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)也不同，三個(gè)方向來(lái)說(shuō)：

普通信號(hào)，這個(gè)時(shí)候?qū)κ静ㄆ鞯囊蟛桓撸皇怯糜跍y(cè)試與調(diào)試，很多認(rèn)識(shí)的網(wǎng)友手頭都有。但也不是一點(diǎn)要求也沒(méi)有，這時(shí)候需要關(guān)注波形捕獲。

高速信號(hào)，示波器的要求就高了，那就不是個(gè)人玩得起的。這個(gè)時(shí)候需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試，示波器就得關(guān)注帶寬、底噪等相關(guān)性能指標(biāo)了。

光通信，這里面包含雷達(dá)、光模塊等，更關(guān)注示波器精度與觸發(fā)帶寬等指標(biāo)。這塊筆者沒(méi)有從事過(guò)，希望有機(jī)會(huì)深入了解。

2、性能

性能部分選擇四個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō)明：帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度、死區(qū)時(shí)間、底噪。

帶寬

常規(guī)定義：按3 dB衰減輸入信號(hào)的最低頻率被視為示波器的帶寬。它決定了這臺(tái)示波器測(cè)量高頻信號(hào)的能力。舉個(gè)例子，一個(gè)1GHz帶寬的示波器，如何驗(yàn)證它是否標(biāo)準(zhǔn)？輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的50MHz、1V峰峰值的正弦波信號(hào)，在示波器上測(cè)得信號(hào)幅度為 A，保持輸入信號(hào)幅度不變，提高輸入信號(hào)的頻率，逐漸增加到1GHz，這時(shí)測(cè)得示波器信號(hào)幅度為 B。20lg(B/A)所得出的結(jié)果與-3 dB的標(biāo)準(zhǔn)相比。

再?gòu)?qiáng)調(diào)一下，這里的-3dB是按信號(hào)功率計(jì)算，相當(dāng)于信號(hào)的功率降到一半。示波器測(cè)量的是電壓信號(hào)，功率降到原來(lái)的一半，根據(jù)相互關(guān)系，相當(dāng)于示波器測(cè)得的電壓值下降到原來(lái)的 0. 707 倍。

講到帶寬，筆者第一時(shí)間想到的就是上升時(shí)間，還記得那個(gè)公式嗎？就是0.35的那個(gè)。既然示波器也是高斯頻率響應(yīng)，那就是符合這種關(guān)系的，只不過(guò)該怎么測(cè)試的問(wèn)題。

這里不說(shuō)平坦響應(yīng)，也就不談精度了。當(dāng)然，我們也會(huì)在很多網(wǎng)絡(luò)上看到各種公式。

帶寬與時(shí)鐘頻率的關(guān)系。這里的5倍需要注意的前提是上升邊假設(shè)為周期的7%。拐點(diǎn)頻率的公式里，這里RT是周期的1/10。

不糾結(jié)這些，正常來(lái)說(shuō)，選個(gè)5倍就行了，即待測(cè)信號(hào)為100M，示波器帶寬500M。如果有小伙伴想知道，如果選的示波器帶寬不夠會(huì)怎樣？那就給你看一看：同一帶寬示波器測(cè)不同上升時(shí)間信號(hào)的差別吧。

采樣率

說(shuō)完帶寬，說(shuō)說(shuō)采樣率。這兩大指標(biāo)是刻在示波器的門(mén)面上的。

通常采樣率是帶寬4倍或者更高的關(guān)系，需要注意示波器是高頻響應(yīng)的方式。

示波器采樣率是示波器每秒所能夠獲取的采樣點(diǎn)數(shù)。講到信號(hào)的采樣，大家都會(huì)想到Nyquist 采樣定理，即采樣率頻率大于信號(hào)帶寬的2倍，這樣示波器才能重建，不會(huì)發(fā)生混疊。

存儲(chǔ)深度

我們測(cè)試信號(hào)，當(dāng)然希望有更多的信息持續(xù)地顯示在屏幕上。示波器通過(guò)ADC將輸入端的信號(hào)數(shù)字化，這些采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在示波器的存儲(chǔ)器中。而存儲(chǔ)器深度和采樣率及屏幕所持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。相關(guān)的公式：采樣率 = 存儲(chǔ)器深度 / 屏幕顯示時(shí)間。

這說(shuō)明，提高顯示時(shí)間長(zhǎng)度的同時(shí)，采樣率就會(huì)降低。只有示波器所具有的存儲(chǔ)器深度夠深，才可以在高采樣率下采集更長(zhǎng)時(shí)間的波形。

死區(qū)時(shí)間

數(shù)字示波器不同于模擬示波器，是不能實(shí)時(shí)處理相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)字示波器進(jìn)行信號(hào)采集，是不住重復(fù)的過(guò)程，重復(fù)采集之間的時(shí)間，需要對(duì)一些采集的波形進(jìn)行處理和顯示，這段時(shí)間就是死區(qū)時(shí)間。也就是說(shuō)這段時(shí)間是不能抓捕信號(hào)和顯示新的波形，如果這段時(shí)間，正好有異常信號(hào)的出現(xiàn)，造成信息的遺漏，不利于信號(hào)的調(diào)試。

需要注意的是，死區(qū)時(shí)間還不是固定的，取決于示波器處理數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)短。

底噪

示波器的底噪是由示波器的衰減器，前端放大器及A/D產(chǎn)生，會(huì)疊加在信號(hào)上，和信號(hào)融為一體。也就是說(shuō)，示波器采樣后會(huì)對(duì)信號(hào)重新放大，同時(shí)底噪也會(huì)被同時(shí)放大。

3、探頭

測(cè)試信號(hào)，除了關(guān)注示波器的帶寬，還要關(guān)注探頭帶寬。假如說(shuō)示波器帶寬是1GHz，有一個(gè)500MHz帶寬的探頭，那么組合的系統(tǒng)帶寬為500MHz。購(gòu)買(mǎi)示波器，一般會(huì)配上相關(guān)匹配探頭。

探頭分為無(wú)源探頭和有源探頭。

無(wú)源探頭一般用于低帶寬的示波器，這里低帶寬經(jīng)驗(yàn)值為500 MHz，具有10：1衰減比的高阻輸入，同時(shí)帶來(lái)嚴(yán)重的容性負(fù)載。常用的電源紋波測(cè)試探頭就是無(wú)源的。

有源探頭，顧名思義，內(nèi)部有電源設(shè)備，有一個(gè)電源放大器，嵌入到探頭主體內(nèi)靠近探頭的地方，這樣可以提供較低的容性負(fù)載。

除了無(wú)源與有源的分類(lèi)，還可以分為：?jiǎn)味颂筋^和差分探頭。

單端探頭分為有源和無(wú)源，差分探頭一般是有源探頭。

差分探頭有兩個(gè)輸入端，一個(gè)正極，一個(gè)負(fù)極還有一個(gè)單獨(dú)的地線。輸出信號(hào)與出現(xiàn)在兩個(gè)輸入端電壓之間的差值成比例。差分探頭互為參考，而不是對(duì)地電壓， 這個(gè)要和單端探頭相區(qū)別。

差分探頭中信號(hào)連接之間的有效接地要比單端探頭中大部分的接地層更為理想。此接地有效地將探頭地線以非常低的阻抗連接到被測(cè)設(shè)備（簡(jiǎn)稱DUT）。

兩者之間的區(qū)別還有電壓測(cè)量范圍，有源的測(cè)量電壓范圍只能是幾V，無(wú)源有高阻的輸入方式，測(cè)量的電壓范圍達(dá)到幾百V。

還有什么電流探頭之類(lèi)的，沒(méi)用過(guò)，就不做展開(kāi)了。

4、總結(jié)

示波器分模擬示波器與數(shù)字示波器，我們這里講的主要是數(shù)字示波器。信號(hào)進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換），對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣到的數(shù)字樣點(diǎn)緩存起來(lái)，內(nèi)部信號(hào)處理結(jié)束后，再通過(guò)DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)化），最終顯示到屏幕上。很多產(chǎn)品都是這種原理，比如之前做過(guò)的超聲設(shè)備。


審核編輯：劉清