专家授课：示波器如何选择？

一、储存深度

一个数字示波器进行ADC采样并且将这些采集到的数据储存在一些储存器里。一个重要的特征是它能够储存多少样本。这个是很值得注意的---有5GS/s，也就是有1百万个样本--200μs的数据。如果你想要一台低损耗的示波器，就应该知道的是它们一般都是只有很小的缓存空间的。在网上你可以看到一款这样的示波器DSO5202P，它有1GS/s 的采样率但是只卖400美元，因为它的记录长度为24KS而已，也就是只有24μs的数据。你也可以发现有更小的缓存的，例如一款TDS2000C就只有2.5K的记录长度。如果你只是想要观察触发信号，那你可以用小缓存的示波器。不幸的是，当它出现故障并无法呈现完美的触发的时候，你可能会需要做一系列的“检查”。小的缓存意味着在你很难去获得你想要的信号。

就算有一些广告宣称的缓存很大，但是我们想要获得全部的缓存还是不可能的。PS6403D示波器宣称是1GS的储存空间，这看起来是一个最大的可用空间，而且在电脑上的软件里也是可以读取到这些参数，但是实际上的缓存也就500MS左右。我猜它还是工作一般是在5GS/s的，就算它的建议的是40GS/s。借助于段存储器（这个将来会介绍）就有可能使用到全部的缓存，但是它不能记录一个持续的1GS的记录。

二、快速傅立叶变化（FFT）长度

示波器的广告总会在间接地提到它们有“频谱分析仪”的能力。事实上，这些示波器做的是展示测量信号的快速傅立叶变换（FFT）。一个微妙的区别是频谱分析仪有一个“中心频率”，你可以在中心频率的一侧测量实际带宽。通过扫描中心频率，你可以得到频率系统中一个非常大范围内功率的图表。

运用示波器的快速傅立叶变换的模式，没有什么类似于中心频率的东西。取而代之的是你会一直测量从0Hz到某个限定的频率（这个往往是可以调节的）。这个限制往往是示波器的采样频率的一半，但是也会受示波器的模拟带宽的限制。示波器一般会有一个叫做“FFT长度”的参数，它用来表示多少个被计算在“FFT”中的点的参数。这个也可以定义在输出的图表中为“bins”的数字（例如水平频率）。一般的台式示波器也许会有一个非常有限的FFT长度，像那些只有2048个点的示波器。这个可以看得到0-100MHz 的所有频率，但是如果你想要上升到95-98MHz这个范围呢？虽然示波器也是计算从0MHz开始进行FFT，但是它在这个范围只有大约60个点。这里就非常清楚地说明了你为什么需要一个非常长的FFT长度—它可以让信号上升并且还可以有准确的结果。你可以降低示波器的采样率到0Hz附近。所以，举个例子，如果你想要在1-10KHz的范围内可以正确地放大，这将不会是什么难题了，因为你可以降低示波器采样率，这样的话2048个点就可以在大约1-20KHz的范围内显示，当你放大波形的时候你可以得到正确的细节。

另外，为了提高水平的细节，更长的FFT长度可以降低噪声。如果你想要把示波器当作是频谱分析仪，那么长的FFT长度将助你一臂之力。就像在图1中显示的那样，是用控制板的磁性探头来进行FFT。在这里我放大了频谱的一部分，左边是2048个点的，右边有131072个点。

图1  不同FFT长度的频谱分析对比图
 

这里有一个选择的组合：非常低损耗的有小的数据储存能力的示波器配合非常小的FFT长度。但是也有一些用比较大的储存深度的示波器，它们也只用了更小的FFT长度，例如DS2000DS4000DS6000，根据他们的网站的一个文件，它们只用了2048个点，而没有考虑到它们拥有的大缓存（131MS）。PC示波器看起来是最好的，因为它们可以在更加高性能的PC上做FFT分析，而不是仅仅局限于一个嵌入式的数字信号处理器或者是一个现场可编程门阵列（FPGA）。比如说，pico的6403D就允许FFT的长度达到1048576个点。
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三、段存储器

一个 “必须拥有”的性能特征是段存储器。这就意味着你可以设定示波器去在某一特定的位置触发，并且它可以记录某一固定长度的波形。因为错误只是偶然的，这里可以提高你发现系统在出错的时候发生的一些细节的变化。

图2中显示的是一个在pico软件上的段存储器阅读器，缓存的数字最高可以设置到10000，同样的功能在DS4000和DS6000中也存在，它们的叫法是每部分叫做“段”，它们最多可以记录200000段。一旦你有了段的数目，你可以手动地去寻找错误，或者是用mask limit测试去点亮不同的出错的“段”。

图2  段存储器显示窗口
 

一般的示波器都会把段存储器作为一个附件，只有安捷伦的3000系列的才默认增加了段存储器的功能；另外的类似的会要求你另外用800美元来购买这个功能。

四、远程监控和流模式

一个更加先进的做法是在你的电脑里控制示波器。如果你想要把示波器用在电器维修上，那你就需要认真地考虑一下示波器可以提供的不同的功能。

PC示波器有一个很值得注意的优点是它们一直以来都为了设计来连接电脑的。似乎大多数好的供应商的示波器都有各种语言的应用编程接口：我已经发现了大部分PC示波器应用于C, C#, C++, MATLAB, Python, LabVIEW和Delphi。一些没有名称的PC示波器是没有API函数的，所以你要根据你的设备来仔细核对一下。

大部分的台式示波器也有可以发指令的功能，一般会有用到VISA标准。但是，我发现这些台式示波器似乎都有一个比PC示波器更慢的接口。也许是因为接口是作为PC示波器的主要功能表现的关键而台式示波器只是将接口作为一个附加的功能。这说法也不是百分之百成立的，比如说一款Teledyne LeCroy的示波器，它似乎可以提供给你一些类似于PC示波器的功能（如多重窗口）。

除了控制示波器，另一个让人感兴趣的功能是流模式。流模式的数据是不会下载到一个内部存储器中，而是直接地从PC接口借助usb接口或者是以太网流过。这个功能是用于简单的PC控制，因为通过USB接口获取快速的数据流是很重要的。但是，使用流模式激活了很多更加好玩的特性，例如，你可以把你的示波器当作是单数据速率的一部分。如果你真的想运用流模式，请务必要仔细地阅读说明书上关于流模式的限制的说明。

五、串行解码

串行解码是另一个有用的特征。如果你有一台数字逻辑分析仪，那么它一般都会包括了串行解码的功能。但是，在示波器中，这个功能也是非常有用的。当你在追踪一个偶然的错误的时候，你可以用示波器上的模拟显示来观察这个是否只是一个简单的微弱的或者是错误的信号。

虽然很多示波器都带有这样的功能，但是很多是要求你另外购买的。而标准的PC示波器将会免费包括它在里面，台式示波器会要求你另外付款。比如，在DS4000系列中，它要500美元，在安捷伦3000X系列中，要800美元，在泰克的3000系列中，需要1100美元。根据不同的供应商，它可能包括多个协议或者只是包括一个协议。但是如果你想要所有的协议，它可能会花费得比你的示波器的价格还要高。购买一个PC示波器逻辑分析仪会比购买一个示波器软件的组件要便宜一点。

这是我选择PC示波器的理由：额外的功能不需要额外的费用！除了用解码你可以观察信号或者观察它是否有错，有内部的解码功能你可以很快地辨别出错误发生的准确的时间。

六、软件特征

我已经好几次在前面提到软件，但是你应该检查一下软件真正包括了哪些功能特征。你也许会惊讶地发现一些需要付费的功能—甚至是一些添加FFT的模式或者是一些“先进数学计算”的特征都需要付款。

想要在台式示波器上以一个合理的价格来获取所有的功能是一个基本的要求。在我早些时候就提过，安捷伦最近就声称他们将会在一个价格里面包括所有的功能。一旦这个实现了，那么久意味着它真的就只要500到1500美元就可以有支持所有协议的解码功能和所有的数字特征。庆幸的是，其他的供应商将会跟随着这个，也许最后会在购买价格里面包括这些功能。

在你考虑PC示波器的时候，一般你都可以下载软件并免费使用它，这并不需要你有一台设备。这可以让你觉得用户接口是多么的完美。考虑到你将要在用户接口中花费多少时间，这一点你最好要知道。