[導讀]
市場上示波器種類繁多，如何選擇一款示波器？商家在宣傳時往往會突出帶寬和采樣率這兩個參數(shù)，這樣選擇是不是萬無一失，那些參數(shù)背后隱藏著哪些不為人知？請聽小編講解選擇示波器必須注意的參數(shù)。
選
市場上示波器種類繁多，如何選擇一款示波器？商家在宣傳時往往會突出帶寬和采樣率這兩個參數(shù)，這樣選擇是不是萬無一失，那些參數(shù)背后隱藏著哪些不為人知？請聽小編講解選擇示波器必須注意的參數(shù)。
選擇示波器的時候，我做了詳細的記錄，這里想跟大家分享一下，我是如何選擇一臺示波器的！我研究了市場上幾個品牌的示波器，最后，選擇了一款Pico示波器，所以，相對于其他示波器，我將會重點介紹這款示波器。但是，內(nèi)容可能有些簡單，因為我沒有太多的示波器，所以不能將拍成照片放在文章中。我也不是Pico的員工，在這里我會嘗試著放以一些其他有這個系列產(chǎn)品的供應商的例子來保持平衡。
這個系列由四個專題組成。下次專題二，我在討論寬帶和采樣率。本次專題一將介紹示波器的物理特性：臺式示波器和PC示波器的探頭類型和數(shù)字輸入。下一次，我將會討論示波器的核心參數(shù)，像帶寬、采樣率、模數(shù)轉(zhuǎn)換的分辨率。之后，我將會介紹運行在示波器上的軟件和一些細節(jié)，比如遠程控制，快速傅立葉變換（FFT），數(shù)字解碼和緩存。最后，將會介紹其他的一些參數(shù)，像外部觸發(fā)和時鐘同步，還有總結(jié)一下我已經(jīng)介紹過的示波器參數(shù)。
一、你是想要PC示波器的還是臺式示波器？
這是兩種不同的設備類型，可根據(jù)需要去選擇示波器的類型。很多人喜歡用臺式示波器，因為它可以直接放在試驗臺上測試電路信號，而不需要配置一臺電腦才能使用。也有人喜歡PC示波器，通過USB來連接到電腦上使用。我一直以來都比較喜歡于PC示波器。首先是它只需要占用很小的地方，例如，我可以將示波器垂直地放在桌子，這樣就可以節(jié)省了一些地方（如圖1所示）。
圖1 垂直放置示波器
我喜歡PC示波器的另一個原因是，它能夠用電腦的鍵盤和鼠標來設置示波器，尤其是在用高級觸發(fā)時，鍵盤和鼠標更加方便。另外，當你想要進行屏幕截圖或者存儲數(shù)據(jù)時，直接在用鼠標在電腦上操作就行，而不必先保存在示波器內(nèi)，然后再通過一個U盤或者其他類似設備將其拷貝到電腦上。
當然USB示波器也有一些缺點。人們抱怨最多的可能就是沒有按鈕控制功能，不過這個也是很容易解決的。
圖2中你可以看到USB的“旋鈕板”，那是我自己做的。旋鈕的每次旋轉(zhuǎn)都會發(fā)送一次“鍵擊命令”，只要你的PC示波器激活自定義快捷鍵、改變輸入范圍和時基等功能。一般情況下，我還是用鍵盤和鼠標，因為我發(fā)現(xiàn)有時他們比旋鈕好用。如果你喜歡這個設計，你可以在我的博客上找得到。
圖2 自制示波器旋鈕
擁有一款PC示波器也意味著你能夠擁有一個大尺寸的屏幕。一款高端的示波器可以在12.1英寸的屏幕上顯示，但是你可以用200美元或者更低的價格為你的電腦購買一個22寸的顯示屏來顯示波形。如果你的示波器的軟件支持多個窗口的話，那你就可以像圖3中那樣來設置多個顯示界面。
圖3 軟件顯示多個窗口
對于我個人來說，我更加喜歡我的電腦上一次只顯示一個界面。當然，如果你不想用你的電腦來配套示波器使用的話，這時你也許需要的就是一臺臺式示波器。
二、地線在哪里？
對PC示波器，人們抱怨最多的是它探頭的地線跟USB的地線是連接在一起的！所以你需要確保在測試時，PC示波器和電腦的地線間沒電壓差。
其實，大多數(shù)示波器在進行測試時都需要考慮這個情況，不管臺式示波器還是PC示波器。如果你用歐姆表來檢測一下，你會發(fā)現(xiàn)那個 “探頭地線”實際上也是和臺式示波器的系統(tǒng)地連接在一起。至少我曾經(jīng)測試我購買的幾臺其他品牌的示波器，都是這樣的情況。因此對PC示波器存在抱怨是不太公平的。
你也可以選用差分或者隔離示波器，他們主要用來消除在不同輸入端之間的接地回路問題。他們也能給您更多的測量靈活性。比如說，如果你想要測試經(jīng)過“高側(cè)分流電阻”的電壓，你就可以用差分示波器來測量了，TiePieHS4 DIFF差分示波器就可以實現(xiàn)這種測量。當然，你也可以給普通單端示波器購買差分探頭，同樣可以實現(xiàn)差分測量。大多數(shù)的供應商都制作這樣的探頭（安捷倫、泰克、PicoTech和Rigol等）。
三、輸入信號類型
幾乎所有的示波器都有直流耦合和交流耦合的輸入，你有時可能想要去對比示波器的最小量程和最大量程。其實，不要太過考慮那些所謂的上限和下限，除非您有很特殊的要求。當您考慮示波器的最大輸入范圍時，請記住你很有可能需要用到10:1的探頭，這就意味著一個有±20V的輸入范圍的示波器可以在10:1的探頭的幫助下變成范圍為±200V。
當考慮示波器的最小輸入范圍時，噪聲是完全可以讓你抓狂的！例如，示波器有一個1mV/div的范圍，那么你就必須要考慮噪聲的影響。測量一個非常小的信號時，一般不要在測量端使用有源探頭。比如，你想要測經(jīng)過分流器的電流的時候，是完全可以用差分放大芯片自己動手制作一個。
除了真正的測量范圍，你可能也會對“偏置范圍”感興趣。在DC耦合時，大多數(shù)示波器都能夠去掉一個固定的電壓（用偏置功能）。例如，你可以在一個最大1.0V的輸入范圍下測試1.2V的輸入電壓，因為示波器是可以先將信號上減少1V。當然，當你需要在一些固定的電壓上去掉更小的信號時，將會更加方便。
另一種常見的輸入類型是50Ω阻抗輸入。正常情況下，這就意味著示波器可以在AC、DC和DC50輸入類型間切換。DC50的意思就是輸入是有50Ω的阻抗的。一般用到更高模擬帶寬的示波器上有這個功能。例如，它可以測量一個50Ω阻抗SMA連接器端輸出的時鐘信號。另外，50Ω的輸入阻抗可以簡化示波器與其他的實驗儀器進行連接的步驟（不用額外配置1MΩ轉(zhuǎn)50歐阻抗轉(zhuǎn)換器）。如果你也想要用一個低噪聲的放大器去測量一個非常小的信號，那也是沒有問題的，因為你可以準確地將低噪聲放大器的輸出關閉。
如果你最后需要DC50的終端，你可以購買一個50Ω的直通端子，最高配套1GHz 帶寬的示波器使用。可以直接連接在示波器前端，從而獲得50Ω的輸入阻抗。
一個大型的示波器公司往往會有不同帶寬、不同輸入范圍，不同型號的產(chǎn)品。比如說，Pico5000系列最高帶寬200MHz， DCAC高阻抗輸入。Pico6000系列的示波器500MHz帶寬及其以下的型號輸入類型有DCACDC50。6000系列1000MHz帶寬的示波器下只有50Ω的輸入阻抗。其他的供應商幾乎也是這樣：在最高的帶寬下也是有50Ω的輸入阻抗，中等帶寬的示波器有DCACDC50三種輸入類型，低帶寬示波器只有DCAC模式。
四、探頭的質(zhì)量和類型
在日復一日的使用中，沒有什么東西能夠跟你的示波器的探頭質(zhì)量那樣影響著你。這是你與示波器的互動橋梁。
大多數(shù)“標準”的示波器探頭是跟圖4中的照片一樣的。
圖4 通用探頭
它們是可調(diào)檔位從1:1到10:1的衰減，10:1是對輸入信號衰減10倍。值得注意的一點是，在1:1的模式下，大多數(shù)的示波器擁有非常有限的帶寬—一般是小于10MHz。然而在10：1模式下可能會有300MHz的帶寬！另外，10:1模式下的負載更小。更高帶寬的探頭通常只有10:1模式。我猜想是因為高頻時，頻繁的切換探頭衰減檔位會損壞。
首先要檢查的是探頭的頂尖是否是可以移除的。如果你弄壞了頂尖，它是很方便的換一個頂尖，而不是把整個探頭都更換了。如果你是在探測一個PCB板，它可以很容易探測測量點。當然，一般的探頭都會有一個適配器，用于專門測試PCB的，而不是只有一個探頭尖端。老款的安捷倫的1160A探頭就是有這樣一個尖端。
我很喜歡的一款是帶彈簧夾的探頭（圖4中）。它的尖端比標準探頭小一些，彈簧支撐的作用讓它更加容易地與焊接接頭相連。你可以使用一些力氣來戳穿氧化層，彈簧支撐的器件可以讓你準確地觸摸到接頭。另外，你甚至可以這樣做—將探頭穿過焊錫表面。它上面也有一些塑料的防護層，這些可以將標準的接口器件規(guī)格（例如1.27mm,1mm,0.5mm,0.8mm）加到TQFPSOICTSSOP封裝形式的探頭。
圖4是Pico6000系列標配的探頭，可以有通過型號區(qū)分：TA150（350MHz帶寬）或者TA133(500MHz帶寬)。但是我要說明的是，安捷倫也在賣一款同樣的探頭—型號為N287xA—作為一種附件。相似的，力科也在賣類似的探頭—PP007，羅德與施瓦茨也賣類似的型號—RTM-ZP10，同樣也有相似的附件。但是我懷疑他們的探頭出來自同一個供應商。根據(jù)你自己的需求和選項，如果你單獨地訂購這些探頭的話，它的價格在$200到$400之間。
Pomona Electronics 也在賣同樣的探頭，型號為6491到6501（不同的型號，帶寬不同）。一款150MHz（6493）的探頭，它在Digi-Key、 Mouser 和Newark element14上售賣也就幾十到一百美元。這個探頭是跟一開始的彈簧式的不同的，但是如果你對帶寬的要求不高的話，可以選擇購買它。
圖5 探測電路
如果你在使用一個高帶寬的探頭的話，那你要關心的是頻率響應的平滑度。一個探頭標稱帶寬1GHz，電壓幅值在1GHz時會下降3dB。但是無良商家制造的產(chǎn)品不會有一個非常平滑的頻率響應或者在-3dB點處沒有下滑。
在使用高帶寬的探頭的時候，接地將會是非常的重要的一個問題。經(jīng)典的鱷魚夾也許不會消失！一個最簡單的附件是跟在圖5中顯示的那樣的。也許會有更多更加適合的可用的接地的配件，這些可以查一下探頭自帶的一些說明文件。
不要擔心不能為你自己的探頭配置附件。圖6中顯示的探頭支架是我用一個可調(diào)的機械手制作的。
圖6 為探頭配置可調(diào)機械手
五、數(shù)字輸入
最后，講一下混合數(shù)字示波器，即，同一款示波器既有模擬通道，也有數(shù)字通道。這里也是個人的選擇：也許你會想要一個單獨的數(shù)字分析儀，或者是你希望將它內(nèi)置到你的示波器中。
我自己選擇了一個基于PC的單獨的數(shù)字邏輯分析儀。數(shù)字邏輯分析儀可以以一個比較低的價格從很多供應商那里購買。根據(jù)我的經(jīng)驗，跟一個不帶邏輯分析儀的示波器相比，帶有邏輯分析儀的示波器更加不劃算。當你在評價它的時候，一定要看清楚通道數(shù)、最大采樣率、緩存大小和邏輯分析儀能夠解碼的信號種類。
當一個系統(tǒng)集成商建議你買一個示波器和分析儀組合在一起的儀器來獲得數(shù)字和模擬信號的同步的時候，請記住這些儀器的一般都是可以輸出一個觸發(fā)信號的。所以如果你的示波器在開始捕捉模擬信號時，可以產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，那么你完全可以在數(shù)字邏輯分析儀同步捕捉同步的數(shù)據(jù)（反之亦然）。
選擇示波器的時候，我做了詳細的記錄，這里想跟大家分享一下，我是如何選擇一臺示波器的！我研究了市場上幾個品牌的示波器，最后，選擇了一款Pico示波器，所以，相對于其他示波器，我將會重點介紹這款示波器。但是，內(nèi)容可能有些簡單，因為我沒有太多的示波器，所以不能將拍成照片放在文章中。我也不是Pico的員工，在這里我會嘗試著放以一些其他有這個系列產(chǎn)品的供應商的例子來保持平衡。
這個系列由四個專題組成。下次專題二，我在討論寬帶和采樣率。本次專題一將介紹示波器的物理特性：臺式示波器和PC示波器的探頭類型和數(shù)字輸入。下一次，我將會討論示波器的核心參數(shù)，像帶寬、采樣率、模數(shù)轉(zhuǎn)換的分辨率。之后，我將會介紹運行在示波器上的軟件和一些細節(jié)，比如遠程控制，快速傅立葉變換（FFT），數(shù)字解碼和緩存。最后，將會介紹其他的一些參數(shù)，像外部觸發(fā)和時鐘同步，還有總結(jié)一下我已經(jīng)介紹過的示波器參數(shù)。
一、你是想要PC示波器的還是臺式示波器？
這是兩種不同的設備類型，可根據(jù)需要去選擇示波器的類型。很多人喜歡用臺式示波器，因為它可以直接放在試驗臺上測試電路信號，而不需要配置一臺電腦才能使用。也有人喜歡PC示波器，通過USB來連接到電腦上使用。我一直以來都比較喜歡于PC示波器。首先是它只需要占用很小的地方，例如，我可以將示波器垂直地放在桌子，這樣就可以節(jié)省了一些地方（如圖1所示）。
圖1 垂直放置示波器
我喜歡PC示波器的另一個原因是，它能夠用電腦的鍵盤和鼠標來設置示波器，尤其是在用高級觸發(fā)時，鍵盤和鼠標更加方便。另外，當你想要進行屏幕截圖或者存儲數(shù)據(jù)時，直接在用鼠標在電腦上操作就行，而不必先保存在示波器內(nèi)，然后再通過一個U盤或者其他類似設備將其拷貝到電腦上。
當然USB示波器也有一些缺點。人們抱怨最多的可能就是沒有按鈕控制功能，不過這個也是很容易解決的。
圖2中你可以看到USB的“旋鈕板”，那是我自己做的。旋鈕的每次旋轉(zhuǎn)都會發(fā)送一次“鍵擊命令”，只要你的PC示波器激活自定義快捷鍵、改變輸入范圍和時基等功能。一般情況下，我還是用鍵盤和鼠標，因為我發(fā)現(xiàn)有時他們比旋鈕好用。如果你喜歡這個設計，你可以在我的博客上找得到。
圖2 自制示波器旋鈕
擁有一款PC示波器也意味著你能夠擁有一個大尺寸的屏幕。一款高端的示波器可以在12.1英寸的屏幕上顯示，但是你可以用200美元或者更低的價格為你的電腦購買一個22寸的顯示屏來顯示波形。如果你的示波器的軟件支持多個窗口的話，那你就可以像圖3中那樣來設置多個顯示界面。
圖3 軟件顯示多個窗口
對于我個人來說，我更加喜歡我的電腦上一次只顯示一個界面。當然，如果你不想用你的電腦來配套示波器使用的話，這時你也許需要的就是一臺臺式示波器。
二、地線在哪里？
對PC示波器，人們抱怨最多的是它探頭的地線跟USB的地線是連接在一起的！所以你需要確保在測試時，PC示波器和電腦的地線間沒電壓差。
其實，大多數(shù)示波器在進行測試時都需要考慮這個情況，不管臺式示波器還是PC示波器。如果你用歐姆表來檢測一下，你會發(fā)現(xiàn)那個 “探頭地線”實際上也是和臺式示波器的系統(tǒng)地連接在一起。至少我曾經(jīng)測試我購買的幾臺其他品牌的示波器，都是這樣的情況。因此對PC示波器存在抱怨是不太公平的。
你也可以選用差分或者隔離示波器，他們主要用來消除在不同輸入端之間的接地回路問題。他們也能給您更多的測量靈活性。比如說，如果你想要測試經(jīng)過“高側(cè)分流電阻”的電壓，你就可以用差分示波器來測量了，TiePieHS4 DIFF差分示波器就可以實現(xiàn)這種測量。當然，你也可以給普通單端示波器購買差分探頭，同樣可以實現(xiàn)差分測量。大多數(shù)的供應商都制作這樣的探頭（安捷倫、泰克、PicoTech和Rigol等）。
三、輸入信號類型
幾乎所有的示波器都有直流耦合和交流耦合的輸入，你有時可能想要去對比示波器的最小量程和最大量程。其實，不要太過考慮那些所謂的上限和下限，除非您有很特殊的要求。當您考慮示波器的最大輸入范圍時，請記住你很有可能需要用到10:1的探頭，這就意味著一個有±20V的輸入范圍的示波器可以在10:1的探頭的幫助下變成范圍為±200V。
當考慮示波器的最小輸入范圍時，噪聲是完全可以讓你抓狂的！例如，示波器有一個1mV/div的范圍，那么你就必須要考慮噪聲的影響。測量一個非常小的信號時，一般不要在測量端使用有源探頭。比如，你想要測經(jīng)過分流器的電流的時候，是完全可以用差分放大芯片自己動手制作一個。
除了真正的測量范圍，你可能也會對“偏置范圍”感興趣。在DC耦合時，大多數(shù)示波器都能夠去掉一個固定的電壓（用偏置功能）。例如，你可以在一個最大1.0V的輸入范圍下測試1.2V的輸入電壓，因為示波器是可以先將信號上減少1V。當然，當你需要在一些固定的電壓上去掉更小的信號時，將會更加方便。
另一種常見的輸入類型是50Ω阻抗輸入。正常情況下，這就意味著示波器可以在AC、DC和DC50輸入類型間切換。DC50的意思就是輸入是有50Ω的阻抗的。一般用到更高模擬帶寬的示波器上有這個功能。例如，它可以測量一個50Ω阻抗SMA連接器端輸出的時鐘信號。另外，50Ω的輸入阻抗可以簡化示波器與其他的實驗儀器進行連接的步驟（不用額外配置1MΩ轉(zhuǎn)50歐阻抗轉(zhuǎn)換器）。如果你也想要用一個低噪聲的放大器去測量一個非常小的信號，那也是沒有問題的，因為你可以準確地將低噪聲放大器的輸出關閉。
如果你最后需要DC50的終端，你可以購買一個50Ω的直通端子，最高配套1GHz 帶寬的示波器使用。可以直接連接在示波器前端，從而獲得50Ω的輸入阻抗。
一個大型的示波器公司往往會有不同帶寬、不同輸入范圍，不同型號的產(chǎn)品。比如說，Pico5000系列最高帶寬200MHz， DCAC高阻抗輸入。Pico6000系列的示波器500MHz帶寬及其以下的型號輸入類型有DCACDC50。6000系列1000MHz帶寬的示波器下只有50Ω的輸入阻抗。其他的供應商幾乎也是這樣：在最高的帶寬下也是有50Ω的輸入阻抗，中等帶寬的示波器有DCACDC50三種輸入類型，低帶寬示波器只有DCAC模式。
四、探頭的質(zhì)量和類型
在日復一日的使用中，沒有什么東西能夠跟你的示波器的探頭質(zhì)量那樣影響著你。這是你與示波器的互動橋梁。
大多數(shù)“標準”的示波器探頭是跟圖4中的照片一樣的。
圖4 通用探頭
它們是可調(diào)檔位從1:1到10:1的衰減，10:1是對輸入信號衰減10倍。值得注意的一點是，在1:1的模式下，大多數(shù)的示波器擁有非常有限的帶寬—一般是小于10MHz。然而在10：1模式下可能會有300MHz的帶寬！另外，10:1模式下的負載更小。更高帶寬的探頭通常只有10:1模式。我猜想是因為高頻時，頻繁的切換探頭衰減檔位會損壞。
首先要檢查的是探頭的頂尖是否是可以移除的。如果你弄壞了頂尖，它是很方便的換一個頂尖，而不是把整個探頭都更換了。如果你是在探測一個PCB板，它可以很容易探測測量點。當然，一般的探頭都會有一個適配器，用于專門測試PCB的，而不是只有一個探頭尖端。老款的安捷倫的1160A探頭就是有這樣一個尖端。
我很喜歡的一款是帶彈簧夾的探頭（圖4中）。它的尖端比標準探頭小一些，彈簧支撐的作用讓它更加容易地與焊接接頭相連。你可以使用一些力氣來戳穿氧化層，彈簧支撐的器件可以讓你準確地觸摸到接頭。另外，你甚至可以這樣做—將探頭穿過焊錫表面。它上面也有一些塑料的防護層，這些可以將標準的接口器件規(guī)格（例如1.27mm,1mm,0.5mm,0.8mm）加到TQFPSOICTSSOP封裝形式的探頭。
圖4是Pico6000系列標配的探頭，可以有通過型號區(qū)分：TA150（350MHz帶寬）或者TA133(500MHz帶寬)。但是我要說明的是，安捷倫也在賣一款同樣的探頭—型號為N287xA—作為一種附件。相似的，力科也在賣類似的探頭—PP007，羅德與施瓦茨也賣類似的型號—RTM-ZP10，同樣也有相似的附件。但是我懷疑他們的探頭出來自同一個供應商。根據(jù)你自己的需求和選項，如果你單獨地訂購這些探頭的話，它的價格在$200到$400之間。
Pomona Electronics 也在賣同樣的探頭，型號為6491到6501（不同的型號，帶寬不同）。一款150MHz（6493）的探頭，它在Digi-Key、 Mouser 和Newark element14上售賣也就幾十到一百美元。這個探頭是跟一開始的彈簧式的不同的，但是如果你對帶寬的要求不高的話，可以選擇購買它。
圖5 探測電路
如果你在使用一個高帶寬的探頭的話，那你要關心的是頻率響應的平滑度。一個探頭標稱帶寬1GHz，電壓幅值在1GHz時會下降3dB。但是無良商家制造的產(chǎn)品不會有一個非常平滑的頻率響應或者在-3dB點處沒有下滑。
在使用高帶寬的探頭的時候，接地將會是非常的重要的一個問題。經(jīng)典的鱷魚夾也許不會消失！一個最簡單的附件是跟在圖5中顯示的那樣的。也許會有更多更加適合的可用的接地的配件，這些可以查一下探頭自帶的一些說明文件。
不要擔心不能為你自己的探頭配置附件。圖6中顯示的探頭支架是我用一個可調(diào)的機械手制作的。
圖6 為探頭配置可調(diào)機械手
五、數(shù)字輸入
最后，講一下混合數(shù)字示波器，即，同一款示波器既有模擬通道，也有數(shù)字通道。這里也是個人的選擇：也許你會想要一個單獨的數(shù)字分析儀，或者是你希望將它內(nèi)置到你的示波器中。
我自己選擇了一個基于PC的單獨的數(shù)字邏輯分析儀。數(shù)字邏輯分析儀可以以一個比較低的價格從很多供應商那里購買。根據(jù)我的經(jīng)驗，跟一個不帶邏輯分析儀的示波器相比，帶有邏輯分析儀的示波器更加不劃算。當你在評價它的時候，一定要看清楚通道數(shù)、最大采樣率、緩存大小和邏輯分析儀能夠解碼的信號種類。
當一個系統(tǒng)集成商建議你買一個示波器和分析儀組合在一起的儀器來獲得數(shù)字和模擬信號的同步的時候，請記住這些儀器的一般都是可以輸出一個觸發(fā)信號的。所以如果你的示波器在開始捕捉模擬信號時，可以產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，那么你完全可以在數(shù)字邏輯分析儀同步捕捉同步的數(shù)據(jù)（反之亦然）。
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