示波器作為電測行業最基本的綜合性儀器，設計和制造所涉及的領域也十分廣泛，從半導體到特種材料，從機加工到電子設計無所不涉及。這就需要強大完善的工業體系作為支撐。迄今為止，只有少數幾個具備完整工業體系的國家做起來。可能有人會問，蘇聯早期不具有這一切？為什么蘇聯沒有做起來呢？因為市場也是很關鍵的。

僅依靠國家力量，可能能在短時間內集中攻關力量解決一個難題，隨后投入其他難題的處理中。有些事情并不能持續的深入研究，唯有市場的持續需求不斷刺激技術進步，就像戰爭那樣，技術才可能有巨大的飛躍。另外，一些其他技術的進步，比如電子計算機，也與儀器的發展相輔而成，這也帶來了思維的全面改觀。

有些事情并不能持續的深入研究，唯有市場的持續需求不斷刺激技術進步，就像戰爭那樣，技術才可能有巨大的飛躍。另外，一些其他技術的進步，比如電子計算機，也與儀器的發展相輔而成，這也帶來了思維的全面改觀。

Chrent示波器的史前時代

電子示波器的起點并不容易查證，所以史前時代由示波器的操作特性來劃分。如今我們最常使用的可能是邊沿觸發模式，甚至通常認為這就是示波器的一部分基本功能。實際上在TEK 511之前，示波器并不具備觸發能力。此時的示波器為了穩定顯示波形，采用了一種叫做同步掃描的技術。示波器以固定的頻率進行自由掃描，從而顯示波形。為了使波形穩定，他也具有簡單的比較器控制，來確定何時開始掃描。不過由于掃描時間的不定性，示波管的時間軸也不穩定。這種示波器不能進行精確的時間測量，也不能觀察非周期性信號。

PART.01現代示波器的起點：Tektronix 511

與他的前輩最大的不同之處在于，他首次擁有了精確的觸發系統，其實就是我們今日所能見到的每一臺示波器都具有的邊沿電平觸發。當輸入波形滿足觸發比較器設定的極性與門限時，示波器開始按照時基旋鈕所設定的時間完成一次掃描。這樣可以通過調節觸發電平來確定每次掃描在波形上的起點，同時每一次掃描的時間又是已知的，通過數屏幕上的格子就可以對被測信號進行準確的時域分析。這是一個巨大的飛躍，其中簡單的原理已然成為今日每一臺示波器所必需的功能，不得不說他是現代示波器的起點。

PART.02固態化，小型化

在射頻半導體技術突飛猛進的60年代，像HP和TEK這樣的公司都迫切需要高性能的固態放大器以及各種電子管的替代器件，由于通用器件公司不能提供這些部件，他們分別建立自己的研發部門滿足內需。由于軍方也有巨大的需求量所以最重要的資金自然不是問題。以示波器來說，要把帶寬做高，需要亮度更高，聚焦更精確，擺率更快的示波管，同樣也需要高速的前置放大器/Y軸放大器。從60年代開始，除了示波管以外的其他電子管，都將被晶體管和集成電路取代。

1959年末期開始面世的泰克555型示波器，帶寬30MHz，使用完全的電子管結構制作，功耗和體積巨大，小推車底部一層是他的電源箱.....顯然這樣的示波器顯得太過巨大，以至于離開他的小車簡直無法使用。

60年代初，隨著晶體管的量產難題被逐漸解決，開始了儀器固態化的進程，此時泰克推出321型示波器。他幾乎全部使用晶體管制作，早期型號內尚有一部分電子管工作在高壓區域，后期型號通過新型的晶體管進一步取代了他們。

這個階段的示波器縮小，重量減輕。終于可以從推車上拿下來，放在桌面上，或者輕松的移動到一些特殊的測量現場。巨量的市場需求刺激他們自己開發所需的一切配件，并且帶動了一些其他工業項目，比如玻璃的精密加工設備，金屬的沖壓設備。

60年代末期美國已經可以制造精密的內刻線示波管。即示波管屏幕上的格子是刻在示波管內部的玻璃上。這樣讀數誤差更小。而同年代國產示波器全部都是刻在壓克力片上然后放在熒光屏前邊，從不同角度看就有不同的誤差。再加上沒有實際的需求，一直到80年代后期可能才生產了小部分內刻線示波管，主要用于超聲波探傷儀。

我手頭的兩個示波管，分別來自TEK 212和2430示波器，兩個管子大約都是70-80年代的產品，有細致的內刻線，有光照的時候能十分清晰的顯現出來(在示波器上有鎢絲燈泡背光)。

仍然放在我辦公室的一臺80年代的國產20M示波器，他是亞克力刻線的，距離示波管屏幕足有1cm高度，帶來了十分大的讀數誤差，而且即便有燈光映照，刻線也不容易看清。

一臺非常小的TEK 212手持模擬示波器，大約是80年代初期的產物，主要供應軍方需求。帶寬0.5MHz。

TEK 2430示波管內精密又漂亮的加速電極，這些電極使得電子束帶有相當高的能量，借此示波器可以在高掃速下仍然具有足夠的亮度進行觀察。

好了，說的有點遠。回來繼續

Chrent高集成度與模塊化、自動化、數據分析

到底何時集成電路進入示波器，這點我確實翻了很多資料也難以確定。曾經有一臺老前輩留下來的泰克485，他是1972年面世的，公司這一臺是1978年左右生產的，他帶寬350MHz，在當時屬于國產貨望塵莫及的境界。并且內部十分的復雜，制造工藝相當精良。

遺憾的是有一天我在擺弄他的時候，突然就黑屏了，風扇也不再轉動。懷疑是開關電源出了問題(沒錯，1972年的時候已經用上了開關電源)。然后現場拆解準備檢修，拆開發現這也太復雜了。整個機子里里外外都被PCB板包裹，電源在中心...于是草草拍了些照片給裝回去了。

還能開機時候的遺照

漂亮的面板，有一部分按鈕的背光還是鎢絲燈泡

機子后部的端口，可以看出來這個時期就已經有有源探頭了:他有兩個有源探頭供電接口

拆掉后邊的螺絲，拔出外殼。密密麻麻的全是板子

示波管上的產品檢驗簽名

TEK當時所定制的奇特的集成電路

有一大堆... 輸入通道部分，也十分的復雜

我閑暇之余收來的個別集成電路，中間那顆外形奇特的就是TEK自己的定制產品。這些東西對于我們當時的技術人員來說就是看天書一般，難以猜透他的具體用途。集成電路以及微處理器的進一步出現給示波器的自動化開了條好路，作為老大的泰克自然不會放過這次狠狠開腦洞的機會～

1970年代中期,各方面條件具備,時機成熟.泰克推出了7000系列模塊化示波器.再一個主機顯示單元內安裝各種模塊來定義儀器的各種功能。

而且它具有各種各樣的模塊...

具體可以看這里，是在是太多了。比如示波器所需的水平與垂直模塊，頻域與時域相交叉的TDR模塊，射頻所需要的頻率計，頻譜分析儀模塊。

當時數字電路驗證所需的邏輯分析儀模塊....無論如何魔改，他還是模擬示波器。模擬示波器有諸多不便，比如帶寬較低，無法存儲等，在高速數字模擬轉換器尚不發達的70年代，高能物理實驗以及微波和雷達系統的測量迫切需要高帶寬，能存儲的模擬示波器。于是產生了一些真正的黑科技產物(絕對不同于某米宣傳的那些)。

先說帶寬，常規的模擬示波器，就是說用人眼看屏幕的那種，最高紀錄保持者是日本巖崎公司的產品(應該也是80年代末)(型號我實在是沒記住)，他帶寬高達470MHz！而80年代泰克的產品實際上只能到達400MHz(2467B型)。

由于普通臺式示波器的示波管顯示面積較大，電子束行程較長，Y軸驅動能力不可能無限制加大，因而限制了示波器的總體帶寬，所以有些示波管的帶寬可以達到600MHz，但驅動電路很難做到這樣的水平。再說存儲，各位都知道：模擬示波器如果使用單次觸發，波形從熒光屏上一掃而過，經過幾個ms的余輝以后就永遠的消逝了。

于是技術出現了兩種方向，一種是示波器照相機。這種專用的相機安裝在示波器屏幕上并保持快門一直打開，示波器觸發結束以后再關閉快門完成一次曝光。這是一種機靈的做法，但是每次想看到記錄下的波形都需要沖洗膠片。

兩臺安裝了專用照相機的示波器，看起來有點詭異

C-53相機側面的一些調整選項，比如對焦，光圈，快門速度，走片速度等

出于示波器相機繁瑣的使用方式，所以還具另一種技術，也就是記憶示波管。這種示波管在熒光屏后方安裝了特殊的存儲柵極，同時示波管內有專用的讀出電子槍。

在主電子槍完成一次掃描后，柵極留下電子空隙。然后讀出電子槍打開，向存儲柵極均勻地發射電子幕，一部分被存儲柵極阻擋，另一部分透過柵極照射到熒光屏上，存儲波形被復現出來。

存儲示波管的結構簡圖，可看出他多了兩個FLOOD GUNS及一組置于熒光屏后邊的柵極。不過這種示波管只能存儲幾分鐘，隨后就因為電子泄露而模糊掉。后期代表型號有HP公司的1741A型。這種特殊的電子管也被用于雷達顯示屏和早期計算機的RAM存儲器。這種示波管對機械結構要求更加精密一些，帶寬不高的管子我們國內也能成功生產。

我的1741A示波器，此時示波器并沒連接探頭，屏幕上正顯示著剛存儲下的波形，數分鐘后，波形開始模糊，最終變成一屏綠光

1741A的示波管，這個角度可以看到具有白色陶瓷后蓋的讀出電子槍

這展示了在存儲模式下的低速掃描過程，首先全屏幕綠光，這是進行了示波管"擦除"，隨后一次接一次的掃描，首次掃描結束后波形仍然沒有消失。

我國1973年生產的SC-7存儲管，他將熒光粉換成了電子靶，用于記錄和讀出數據。

到了70年代中期，電子計算機也小型化，他們被更多的應用在測量的控制與分析領域。這就需要電子儀器可以記錄他的測量結果并且數字化。對于示波器這似乎是個難題，因為當時并不能生產出高帶寬高采樣的ADC。此時美國佬又動起了歪腦筋，這次，泰克公司研發出了7912型(大約1973年)數字化儀(Digitizer)。

7912AD數字化儀

他仍然使用模擬示波管，帶寬高達1GHz，如果等效到數字示波器的采樣率，則大約是2Gsa。同時能夠提供大約12bit動態范圍的數字化波形輸出。他是怎么做到的呢？

泰克使用了掃描變換管技術(Scan conversation tube).這是一種頗為奇妙的示波管，他有兩頭，一頭是示波管，負責波形掃描，另一邊是攝像管，用于圖像記錄(CCD尚未大批量應用之前的產物)。兩個管子的中央是記錄靶。示波管發射掃描電子束到記錄靶，然后由攝像管和低速AD轉換器輸出，完成對于高速信號的記錄。

7912數字化儀使用的SC108掃描變換管。

這個玩意長的可以稱之為刷屏神器了～這相當于一個模擬FIFO。解決了當時的技術難題，這種管子一直被泰克公司應用到80年代末期，用來生產SCD5000系列數字化儀。

SCD5000數字化儀，這次他有了一個可以選裝的液晶屏，用來查看記錄下來的波形。后來與SCD5000同樣的技術在01年左右由日本巖崎公司推出TS-80000系列示波器，不過攝像管換成了CCD，LeCroy LA354還是什么玩意也是這樣的，其實是巖崎貼牌的。而此時泰克的數字示波器已跨過10Gsa采樣率的大關，并達到20Gsa(TDS7404/7254)。

TS-80000系列的宣傳說明，簡略的展示了一下掃描變換管的結構。其實就是CCD拍示波管，只不過示波管靶面很小，更容易做到高帶寬。

TS-80000與他的屏幕截圖。這臺液晶示波器用這樣機智的辦法實現了模擬示波器的效果，又能存儲和測量。

LA354，其實也是日本人代工的。

除了數字化儀，70-80年代也有一些結構正統的數字示波器。其中數字示波器的先驅據說是英國的Nicolet公司，他們制造了第一臺數字示波器，使用磁帶存儲數據。不過這些信息并不十分明確，我也沒找到第一臺數字示波器的圖片。上邊這個數字示波器是Nicolet在80年代初期的產物。很時髦的用了一個8寸軟驅來存儲波形。

Chrent細分化，各取所需

經過混沌的70年代，可能這些廠商都發現模塊化設備的出發點是好的，但他們雜而不精。于是經過長期積累，示波器開始出現各種專用細分目的的變形，來滿足不同測量需求。

對于泰克而言，通用示波器系列主要是2400系列。他們大多數都是模擬示波器，但是加入了一個新的AUTO功能，也就是示波器內部帶有一些簡單的檢測電路可以測試輸入信號的頻率與Vpp。這樣，只需給示波器輸入被測信號，按下AUTO按鈕，很快示波器就能自動分析并轉換到最佳量程。這為用戶操作提供了很大的方便性。

針對高速數字信號的分析，泰克推出了DSA數字信號分析儀。這就是今天所使用的采樣示波器的前身。他的輸入通道被設計成可更換的，能換成輸入采樣頭或者TDR頭。帶寬可達幾十GHz。

此時期HP公司除了生產模擬存儲示波器，他們的數字示波器主要面向自動測量系統使用。儀器完全受到GPIB總線控制，所以不得不說前面板設計的并不是多么實用。

剛才說到泰克2400系列多數是模擬的，但是這也存在少數派：再說說其他的模擬FIFO存儲的示波器，80年代高頻的半導體技術已經十分成熟了，所以由出現了一種使用CCD來儲存波形的示波器(沒錯說的就是相機那個CCD，他最早就是作為數據存儲是研發的，感光只是附帶的功能 )。

這類示波器代表型號飛利浦PM3310/3311，泰克2430/2431一類，采樣率可達200MHz。其中的CCD部件就像一個模擬信號的串行移位寄存器，在高速采樣時鐘的驅動下將模擬波形快速移入，然后在低速讀出時鐘的驅動下移出到ADC進行數字化。也是一種比較機智的做法，成本相比掃描變換管低得多。

我的PM3310示波器，最后一圖是他的低速ADC，大約是12KHz的采樣率。借助CCD存儲器，采樣率可達60M，然而，我多次對照維修手冊，仍然無法確定CCD是其中的哪一部分，或者哪個IC。

Chrent全面數字化，混合信號測量

到80年代后期，泰克和HP紛紛停產模擬示波器，投身數字示波器。其中HP最先推出的是54500系列，采樣率都不是太高，幾百M的范圍。

不過對于很多應用場合都能夠滿足記錄要求，隨著90年代初高采樣率ADC的實用化，泰克也推出了十分經典的TDS500系列示波器，并且定義了未來幾十年后的數字示波器基本架構。

我開蓋的，TDS500系列第一代ADC，從90年代初生產到94年左右，其中有兩個核心，估測一個是sample/hold，另一個是pipe-line ADC。例如TDS540型，帶寬到達500HMz，實時采樣率可達1GHz，這代表數字示波器開始真正實用并擁有良好適應性，可在眾多場合取代模擬示波器！

不過這些早期的高性能數字示波器還面臨波形更新率太低的問題，每秒幾十次到數百次，還不能像模擬示波器那樣展現豐富的波形信息，不能擁有模擬示波器能展現的余輝效果(如果你用低檔示波器看過CVBS視頻信號，應該更加有感受)。

使用模擬示波器觀察視頻信號，它具有細膩的亮度變化，這是因為信號自身的掃描速度不同所引起的。視頻信號的同步周期是50或者60Hz，而寬闊的方塊區域是顏色掃描信號，他的頻率遠高于同步信號周期，而模擬示波器的Y軸帶寬恒定的，不受掃描速度影響，所以可精細的展現這些波形。而普通數字示波器在較長的時基下一般也會使用較低的采樣率。這導致在波形密集區域發生混疊，最后只能采集到一些錯誤的低頻混疊波形.

左側就是一般數字示波器觀察視頻信號的效果。丟失了大量的細節，右側是數字熒光示波器，他非常接近模擬示波器的效果，這個后邊談到。

目前的低端國產示波器依然如此，從屏幕上無法獲得波形的疊加層次信息，測量開關電源帶有尖峰的振蕩波形，示波器也無法記錄細節。經常看不到細微的毛刺脈沖。

傳統示波器每次觸發以后就停止采集，然后CPU開始讀出采樣內存并且更新到顯存中，耽誤大量時間。在數據處理過程中示波器可能錯過大量關鍵波形。針對這些問題，泰克從1996年開始推出帶有instaVu技術的TDS500B/700A型示波器。

他的做法比較簡單暴力，相比以前數字示波器每一擋時基所用的采樣率、instaVu示波器使用更高的采樣率去連續不斷的采集波形，避免混疊，并且疊加在RAM中，然后每30ms更新一次屏幕，這樣經過大量疊加的波形能攜帶更多的偶發信息，進一步接近模擬示波器的效果。到了97年，發布了改進型的instaVu示波器：TDS500C/700C，比起上一代，他每秒最多可以捕獲40萬個波形！而模擬示波器受限于回掃時間，大約可以等效到20萬波形/秒。

instaVu示波器：他可以顯示大量疊加過得波形信息，卻不能提供波形的三維數據。

此時數字示波器只剩最后一個難點，也就是模擬示波器可以提供的余輝信息，余輝可以告訴我們波形出現的頻率和速度，例如模擬示波器不容易看到方波那快速陡峭的上升沿，因為電子束在邊沿駐留的時間不多，無法充分激發熒光粉。

泰克進一步努力，在1998年發布具有劃時代意義的TDS500D/700D系列數字熒光示波器(Digital Phosphor Oscilloscope)。他是instaVu的進一步改進，依托處理能力更強大的DPX熒光處理器，在疊加波形的同時也計算出波形每一處的重疊率，于是數字示波器首次擁有X和Y軸以外的Z軸，即亮度軸，此時數字示波器可從三維角度進行觀察。

還是上圖那個波形，在DPO示波器上呈現，信號的出現概率均以不同的輝度呈現。

DPO宣傳小冊子里的框圖，他有并行數據處理能力，波形采集和更新的同時，CPU和DSP也可以連續計算參數刷新到屏幕上。其中DPX熒光處理器是獨立工作的一部分。

TDS784D示波器1G帶寬，4Gsa采樣率。這臺是最后期一批產品，2001年出廠，他換裝了最新研發的ADC和DPX控制器，后來這些部件延續到TDS5000和7000系列示波器使用。

他的CPU是MOTOROLA MC68040，操作系統VxWorks

采集板上的DPX控制器和大量的采樣緩存。可以看得出來工藝還是很復雜的，國產山寨還是有一定壓力的(實際上41所搞這個6的不行)。但是對于民企就需要投入巨大的成本。顯然沒有這個必要，畢竟投入未必有回報。

@MIKA 還提到了模擬輸入的問題

這是TDS500D系列示波器的前端通道。因為這一代前端功耗很大，是做在陶瓷電路板上的。而且能看到他使用了當時很先進的激光調整技術，來保證最終通道一致性和穩定性。我也接觸過HANTEK和RIGOL的示波器板卡，基本無一例外通那里都有幾個可調電容，在進行儀器校準的時候需要去調調。

第一代DPO示波器只有16級輝度，相比模擬示波器幾乎無限多的輝度等級似乎完全沒用處，實際上他十分不錯了，依托數字示波器靈活的測量能力以及強大的分析性能，終于完全取代了模擬示波器。

一個抖動中的信號

測試方波，邊沿看起來就像模擬示波器的效果

似乎有亞穩態的現象

同年，泰克TDS694C數字示波器的帶寬到達3GHz，實時采樣率突破10Gsa大關...進入新世紀，除了日本人還短期內搗鼓了一下掃描變換管，泰克，hp(此時已經是agilent)以及LeCroy全面的把高端示波器轉向X86平臺，也就是將以前示波器內慣用的MC68000系列或者ColdFire CPU轉換到PC平臺，同時具有輔助DSP來完成波形分析，使得示波器的測量能力以及測量速度進一步提高。

我現在業余使用的TDS7054示波器，是TEK在01年推出的，用來接替TDS700D系列的pc-based示波器。擁有更好的熒光性能，更快速，更強大的分析能力和更靈活的通訊端口。以上是90年代泰克示波器的主要發展路線，不過這并不是90年代的全部。在90年代示波器領域出現了一些新的概念，在當時受限于多種技術限制并未能帶來很好的實用效果。不過在近期這些技術重新投入市場，使得示波器的觀測能力進一步擴展。

比如：混合信號示波器

混合信號示波器的概念最早由HP公司提出。主實現方式是將示波器與邏輯分析儀一體化生產，邏輯圖與波形圖同時顯示，相互參考。在數模結合系統或者數字系統的物理層驗證中發揮了很大的作用。

這應該是第一臺MSO，帶有16個邏輯(數字)通道。同時這臺機子開始使用最新推出的MEGA ZOOM采樣技術，是DPO的競爭技術，也能帶來模擬示波器一樣的余輝效果。那在MSO之前呢？

在HP推出MSO之前，我們還有這樣一款火星級產品——TLS216，它是一臺有16個模擬通道的示波器，泰克管它叫做LogicScope。具體應該是92年發布TDS500系列架構取得成功以后，利用TDS500的框架設計出來的怪物。他有2Gsa的采樣率卻要被16個通道平分。再加上他沒有協議解析能力，屏幕分辨率只有VGA水平。導致他是一個徹底的失敗產物。不過他給HP提供了設計MSO的好思路——即數字和模擬應該分開，要增加協議分析能力，而不是追求大量的模擬通道。

Chrent新世紀：混合域分析

當然不用多說的是，進入了新世紀，示波器的帶寬和采樣率依然沒有停止增長。

除此之外，一些示波器也增加了時域測量以外的功能，比如MSO可以分析邏輯信號的狀態與時序。而更進一步的MDO混合域示波器則加入了一個寬帶頻譜分析儀，使得示波器可以從時域/頻域/調制域的角度重新審視信號，為測量人員開辟一片新的天地（然而這么NB的示波器我并買不起，所以什么具體評測拆機上圖啥的免了）。

說這么多，其實是想用實際的設備來看到前輩們是如何一個一個腳印走過來的。其中一些過渡技術早已被淘汰，被人遺忘。但回首這些技術，仍然閃爍著智慧的光芒。說白一點,除了刻苦鉆研,腦洞和大把資金也是很重要的.可以看出來這些歷史產品未必成功,但是帶來了大量的技術積累.另外受限于篇幅，更多有意思的設備未能完全寫出，再發幾個圖片：

這是TEK 222，比iPhone5s稍微大一圈的東西是10MHz手持數字示波器。80年代的產物，他還是兩通道相互隔離的。從圖片可以看出他用了磁隔離器。