什么样的示波器是适合你的

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什么样的示波器适合你？示波器自从问世以来，它一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一。由于电子技术的发展，示波器的能力在不断提升，其性能与价格也五花八门，市场参差不齐。示波器看似简单，但如何选择，也存在许多问题。本文根据多年的经验，结合北京海洋兴业科技有限公司选型指南，从几个方面告知您在选择示波器时应注意的问题： 一、了解您需要测试的信号您要知道用示波器观察什么？您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么？您的信号是否有复杂的特性？您的信号是重复信号还是单次信号？您要测量的信号过渡过程的带宽，或者上升时间是多大？您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等？您打算同时显示多少信号？您对测试信号作何种处理？二、选择示波器的核心技术差异：模拟（DRT）、数字（DSO）、还是数模兼合（DPO）传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的控制面板，价格低廉，因而总觉得模拟示波器“使用方便”。但是随着 A/D 转换器速度逐年提高和价格不断降低，以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的测量功能，数字示波器已独领风骚。但是数字示波器显示具有三维的缺陷、处理连续性数据慢等缺点，需要具有数模兼合技术的示波器，例 DPO 数字荧光示波器。
三、确定测试信号带宽带宽一般定义为正弦波输入信号幅度衰减到 -3dB 时的频率，即幅度的70.7% 。带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽，示波器将无法测量高频信号，幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失；如果没有足够的带宽，得到的信号所有特性，包含响铃和振鸣等都毫无意义。一个决定您所需要的示波器带宽有效经验——“5倍经验准则”：将您要测量的信号最高频率分量乘以5，使测量结果获得高于2%的精度。在某些应用场合，您不知道你的感兴趣的信号带宽，但是您知道它的最快上升时间，这时频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间： Bw=0.35/信号的最快上升时间。数字示波器带宽有两种类型：重复（或等效时间）带宽和实时（或单次）带宽。重复带宽只适用于重复的信号，显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率，且当捕捉的事件不是经常出现或瞬变信号时就更为重要，实时带宽与采样速率紧密联系。带宽越高越好，但是更高的带宽往往意味着更高的价格，因此应按照预算来选择您要观察的信号频率成分。四、A/D转换器的采样速率（或采样速度）单位为每秒采样次数（ S/s ），指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丢失的概率就越小。如果需要观测较长时间范围内的慢变信号或低频信号，最小采样速率就发挥了作用，为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制旋钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节旋钮的变化而变化。如何计算采样速率？计算方法取决于所测量的波形类型，以及示波器所采用的信号重建方式，例正弦插入法，矢量插入法等。为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯定理规定：信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和周期连续的信号。由于示波器不可能提供无限时间的记录长度，而且从定义上看，低频干扰是不连续的，也不是周期的，所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法，即波形重建。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则：如果您正在观察的示波器有内插（通过筛选以便在取样点间重新生成），则（采样速率 / 信号带宽）的比值至少应为 4∶1 ；无正弦内插时，则应采取 10∶1 的比值。五、屏幕刷新率也称为波形更新速度所有的示波器都会闪烁，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量，这就是波形捕获速率，也称屏幕刷新率，表示为波形数每秒（ wfms/s ）。一定要区分波形捕获速率与A/D采样速率的区别。采样速率表示示波器在一个波形或周期内A/D采样输入信号的频率 ; 波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。一般来讲，模拟示波器由于电路简单，其屏幕刷新率较高，而数字存储示波器（ DSO ）使用串行处理结构每秒钟可以捕获 10 到 5000 个波形。为了改变数字示波器屏幕刷新率低的问题，数字荧光示波器采用并行处理结构，可以提供更高的波形捕获速率，有的高达每秒数百万个波形，大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性，并能让您更快地发现信号存在的问题。六、选用适当的存储深度，也称记录长度存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串，则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的采样速率，可以计算出所要求的存储深度。存储深度与采样速率密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要 500 点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。在正确位置上捕捉信号的有效触发，通常可以减小示波器实际需要的存储量。七、根据需要选择不同的触发功能示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描，使信号特性清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。大多数用示波器的用户只采用边沿触发方式，如果拥有其它触发能力在某些应用上是非常有用的，特别是对新设计产品的故障查寻，先进的触发方式可将所关心的事件分离出来，找出您关心的非正常问题，从而最有效地利用采样速率和存储深度。现今有很多示波器，具有先进的触发能力。触发能力主要围绕三个方面：①有关垂直方向的幅度，例瞬态尖峰触发、过脉冲或短脉冲触发等；②有关水平方向的与时间有关的触发，例脉冲宽度、窄脉冲、建立/保持时间等设定时间宽度的触发形式；③扩展和常规触发功能的组合能力，例对视频信号或其它难以捕捉的信号，通过时间和幅度组合设置触发条件进行触发。触发能力的提高，可以大提高测试过程的灵活性，并简化工作，尤其现今的示波器对数据总线的触发能力大大提高，例CAN，I2C等。八、通道能力，包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道之间的隔离能力您需要的通道数取决于您的应用，对于通常的经济型故障查寻应用，需要的是双通道示波器，然而要求观察若干个模拟信号的相互关系，将需要一台 4 通道示波器，许多工作于模拟与数字两种信号的系统工程师可以选择混合信号示波器（MSO），它将逻辑分析仪的通道计数及触发能力与示波器的较高分辨率综合到具有时间相关显示的单一仪器中。如果您测量三相电，可控硅等有源器件或线路，两端之间没有绝对的零点，即所谓的浮地信号，这时候从操作安全和精度出发，应选用隔离通道示波器；如果比较多通道的时序和相移，应选用两通道以上示波器，这时通道之间的隔离更显重要。九、对异常现象的捕获三个主要因素影响着示波器显示日常测试与调试中所遇到的未知和复杂信号的能力：屏幕刷新速率、波形捕获方式和触发能力。波形捕获模式有：采样模式、峰值检测模式、高分辨率模式、包络模式、平均值模式等。屏幕刷新速率指给您关于示波器对信号和控制的变化反应快慢，使用峰值检测有助于在较慢的信号中捕捉快速信号的峰值。十、示波器的性能和指标示波器的指标有很多：如垂直灵敏度、扫描速度、垂直精度、时间基准、垂直分辨率等等。示波器的性能取决品牌的质量，关键在于质量、稳定性和校准服务等。十一、分析功能有助于您事半功倍数字示波器的最大优点是它们能得到的数据进行测量，且按一下按钮即可实现各种分析功能。虽然可利用的功能因厂家和型号而异，但它们一般包括频率、上升时间、脉冲宽度等测量，有些示波器还提供很多分析模块，例FFT、功率分析、高级数学运算等超常功能。十二、相应配套的附件和探头容易忘记的一点是，当装上探头时，它就成为整个测试电路的一部分了，结果探头将造成电阻性、电容性和电感性负载，使示波器呈现出与被测对象不同的测量结果。因此，针对不同应用配有相应的探头，然后选择其中一种，使负载效应最小，使信号得到最精确的复现。由于 SMT 元件的发展，连接更困难，使用不同的附件满足特殊需要。详细见北京海洋兴业科技有限公司专业文章“走向更好的测量，合理地选择探头和附件”。十三、示波器的操作性能很显然，如果您不能访问各种功能，或者要花很多时间去学习它们，那么您的示波器将价值不大，适当的培训和中文操作界面会使您突破使用上的障碍。十四、示波器的数据管理和通讯能力对测量结果的分析非常重要。将信息和测量结果在高速通信网络中便捷地保存和共享变得日益重要。示波器的互联性提供对结果的高级分析能力并简化结果的存档和共享。示波器通过各种接口（ GPIB 、 RS-232 、 USB 或以太网）和网络通信模式提供一系列的功能和控制方式。十五、示波器功能的扩展性为了不断适应需求变化。示波器功能最好可以随机扩展： ○增加通道的内存以分析更长的记录长度 ○增加面对具体应用的测量功能 ○有一整套兼容的探头和模块，加强示波器的能力 ○同通用第三方的 Windows 兼容的分析软件协同工作，例如 OIscope 示波器软件。 ○增加附件，如电池组和机架固定件等。 总之，示波器的选择是一个看似简单而又是您很难处理的问题，市场上产品很多，并且技术各有差异，有时很难让您下决定。以上说明可能给您一些建议，采用上图的选择过程会对您更有益。根据多年经验，选择示波器有以下“经验法则”：ART模拟示波器，选择四要素：性价比（价格与产品质量品牌的比较优势）、测试带宽（5倍经验法则）、通道数量（2或4）、供应商能力（售后是否得到保证）。DSO数字存储示波器，在测试信号带宽、示波器带宽、示波器实时采样率、示波器存储深度之间找到平衡，有以下经验可循：示波器带宽最好是信号带宽的5倍；示波器实时采样速率≥4倍示波器带宽；存储深度≥采样速率×要求最长保存时间。DPO数模兼合示波器，在基本指标要求上与DSO一致，但需要引入二个能力：屏幕刷新率、波形触发与分析能力。特殊功能需求。①你如果需要到现场工作，并且需要电池供电，对仪器的体积要求很严，对仪器的功能除示波器测量外还需要其它测试（例万用表功能），您这时最好选用手持示波表（HSO）。②如果您在隔离或悬浮时，安全不能得到保障，并且需要分析功率、相移时，请选用隔离示波器（DIO），尤其是多通道的DIO。

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示波器的主要作用就是用来观察电压随时间变化的曲线，通过不同的传感器探头，示波器也可以测量电流，压强等。示波器是每一个电子爱好者和电子工程师必备的仪器，今天我们来看下在选择入门的基础示波器时，我们要考虑哪些因素。

带宽

带宽作为示波器的首要参数指标，带宽不足时波形就会严重失真，方波甚至可能会变成正弦波，我们用分别20M带宽和100M带宽的示波器来观察20M的方波信号，得出结果入下图：

由此图可知，20M示波器基本无法观察到方波形状，另外100M示波器的观察效果比60M示波器要好，是什么导致了这个原因呢？下图是一个20M方波经过FFT后的频谱图，我们可以看到方波是由基波以及3、5、7、9……次谐波分量递加而成。所以20M的方波包含20M基波、60M三次谐波，100M五次谐波，140M七次谐波……

如果要对波形进行准确测量，应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波分量。因此对于正弦波可以要求示波器的带宽大于波形的频率，但是对与非正弦波则要求示波器的带宽大于波形的最大主要谐波频率。

在带宽的选择上，一般所测信号最大频率的5倍，就是最合适的带宽，对于一台基础的示波器而言，100MHz带宽的示波器已经可以适用于很多测量场景。

采样率和存储深度

采样率和存储深度是示波器的另外2大重要指标。为什么要把它们放一起讲呢，因为它们和波形记录时间一起有着密不可分的共生关系：采样率 = 存储深度 ÷ 波形记录时长

数字示波器显示的波形实际上是一个一个的采样点，这就像一张照片一样，采样点越多信号就越接近真实。采样率表达的就是示波器每秒捕获这些采样点的能力，比如1GSa/s的采样率，说明示波器每秒钟能采集10亿个采样点。而存储深度表达的是示波器一屏幕最多可以包含多少采样点，比如28Mpts存储深度，说明示波器一屏幕最多可以有2千8百万个采样点。我们要保证采样率至少是被测信号带宽的2倍以上，事实上我们更建议是3-5倍以上，这样更容易捕获波形的异常信息。

这里要注意一点的是，采样率还分为等效采样和实时采样，现在的示波器标注的基本都是实时采样率了，因为等效采样只适用于周期性变化的信号。如果在购买示波器的时候发现采样率和大众价格有偏差的，一定要问卖家标注的是实时采样还是等效采样。

通道数

示波器常见的有2通道和4通道，考虑几通道示波器适合自己的问题，主要考虑自己是否有同时测量3-4个信号的需求，如果没有，则选择2通道示波器即可。

波形捕获率

数字示波器对信号的采集存储和处理显示是无法同时进行的，因此当示波器在处理显示的时候，就会漏掉一部分信息，也称之为示波器的死区时间。波形捕获率表达的就是示波器每秒能采集多少次波形的能力，这个能力越大，死区时间就越小，也就越容易捕获到异常的波形。

这里要注意的是，波形捕获率并不是固定不变的，它会随着示波器各种设置的改变而改变，一般厂家标注的波形捕获率是能达到的最大值。

触发方式

如果说示波器捕获波形就是在拍照的话，触发就是决定示波器什么时候按下快门。触发决定了我们希望捕获到的波形采样点们以何种方式展现在屏幕上。

示波器常见的触发方式是边沿触发和脉宽触发，有的示波器除此以外还会支持更多的触发方式，可以了解一下根据需求选择。

便携性与操作性

如果你对示波器有外出携带的需求，那么示波器的便携性也是值得考虑的因素，还有示波器是否支持电池供电，因为你可能会有户外作业的需求。现代化的一些示波器还有支持触屏功能，在操作上也会更加快捷易用。

屏幕大小和显示方式

示波器的显示屏大小以及是否支持彩色也是一个应该考虑的因素，有的示波器支持荧光显示和色温显示，相当于多了一个Z轴，对于一些复杂信号，如视频信号、调制信号、抖动信号的测试，带有荧光显示和色温显示的示波器能更快速地帮助揭示信号的细节。

精度

示波器ADC模数转换器的垂直分辨率，就是数字示波器的垂直分辨率，其位数代表示波器将输入电压转换为数字值的精确程度。

这里要注意的是，示波器显示屏垂直方向上的分辨率本身就有限，另外测量高频信号时，幅度本身就不准确，在上限频率处甚至有30%的误差，而且垂直分辨率过高会提高模数转换时间，影响采样率，进而影响带宽，得不偿失。一般示波器的垂直分辨率是8位，高分辨率的示波器达12位，但如果示波器模拟电路本身的精度没有提高，单纯追求ADC的分辨率是没有意义的。如果追求电压的准确度，应该使用万用表，示波器更主要的功能是观测波形的形状，测量准确度一般在2-3%以内，这种准确度应对绝大多数应用是完全游刃有余的。

测量与分析

示波器一般都支持常见的测量项显示，如信号的频率、周期、幅值等等。有的示波器还会支持额外的数学运算、FFT和高级数学功能，如果有这方面计算要求的话，也应该作为一个考虑项。

Auto功能

示波器的auto功能可以取代万用表测电压，一次测量信号的直流分量，交流分量，频率，峰峰值、有效值等信息，甚至波形都有了，让你一眼就全面了解信号，比万用表只测一个平均值电压强多了，减少误判，提高效率。但是auto的速度就至关重要，麦科信示波器auto速度1秒，比一般万用表自动挡还快。

串行总线分析

串行总线在当今的数据通信设计中被广泛地使用，因此示波器支持哪些串行总线分析也是一个考虑的因素。我们需要清楚了解示波器的译码方法是硬件解码还是软件解码，是否支持解码触发以及解码文本显示等。

互通性与波形数据

有些示波器可以通过手机或者电脑来远程操控，以及将波形数据保存到电脑上，用计算机软件进行数据分析。之前有遇到过一位朋友需要长时间在一个36度高温的房间里进行测量，新买的示波器手机远程功能操控帮了他大忙，以前他用的示波器人必须陪着示波器一起呆在房间里才能操作，这次他可以直接在室外进行操作了。

探头的选择

探头会引入电阻负载、电容负载和电感负载，这些负载会影响测量数据的准确性，为使这种影响达到最小，最好使用示波器同品牌配套的探头。在购买探头时，要保证探头的带宽大于等于示波器的带宽。还要明确测量的是电压还是电流、信号幅度有多大，是否需要以差分方式测量信号等问题都会影响探头的选择。

价格与性价比

示波器除了探头是消耗品，主机本身是非常稳定的，一台示波器使用10年是完全可以的，示波器淘汰往往是因为技术迭代更新导致的，因此购买一台使用顺手、便捷且性能优秀的示波器是十分值得的。目前示波器在中低端领域，国产的示波器其实并不比进口的差，有的甚至还更好。