簡(jiǎn)要描述：

如果您選擇的示波器不具備合適的技術(shù)指標(biāo)，那么在測(cè)試設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)錯(cuò)過某些重要細(xì)節(jié)，致使您付出高昂的代價(jià)，例如重新設(shè)計(jì)、開發(fā)進(jìn)度延誤，甚至是產(chǎn)品出現(xiàn)故障。在選擇示波器時(shí)了解自己想要什么樣的性能，可以確保您進(jìn)行高精度的測(cè)試，并得到值得信賴的測(cè)量結(jié)果。

1、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：帶寬

在使用示波器時(shí)，您希望它能準(zhǔn)確捕獲信號(hào)的真正上升沿。這一功能主要由帶寬實(shí)現(xiàn)。只有擁有足夠的帶寬，才能準(zhǔn)確捕獲信號(hào)。如果帶寬不足，您會(huì)錯(cuò)過關(guān)鍵的信號(hào)細(xì)節(jié)，結(jié)果做出錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)假設(shè)案。

工程師們通常認(rèn)為測(cè)量 100 MHz 信號(hào)只需要 100 MHz 帶寬，但事實(shí)并非如此。關(guān)于帶寬，我們的建議是：

• 選擇的示波器帶寬要比器件中的最快頻率或時(shí)鐘速率高 5 倍

大多數(shù)帶寬為 1 GHz 及以下的示波器都有高斯頻率響應(yīng)，如圖 2 所示。這是一種低通頻率響應(yīng)，在較高頻率下會(huì)發(fā)生衰減。

圖 2 中的 fBW 點(diǎn)為儀器帶寬，也稱為 -3 dB 點(diǎn)。-3 dB 點(diǎn)指的是信號(hào)開始衰減 -3 dB 的頻率點(diǎn)，換言之，此時(shí)您可以在測(cè)量結(jié)果中看到 -30% 的幅度誤差。

例如，您將一個(gè) 1 Vpp、20 MHz 信號(hào)輸入到 100 MHz 示波器中。您在示波器屏幕上看到的峰峰值測(cè)量結(jié)果應(yīng)當(dāng)為 1 Vpp。然而，如果您將該信號(hào)的頻率提高到 100 MHz，并使用同一臺(tái) 100 MHz 示波器來(lái)測(cè)量，那么現(xiàn)在看到的 1 Vpp 信號(hào)的測(cè)量結(jié)果為 0.7 Vpp。這是因?yàn)槟_(dá)到了示波器的最大帶寬，該帶寬將信號(hào)衰減了 -30%，并使得所有測(cè)量值產(chǎn)生偏斜。

知道這一點(diǎn)后，您就很清楚為什么無(wú)法在接近示波器帶寬的頻率下進(jìn)行精確測(cè)量。因此，請(qǐng)確保您有足夠的帶寬來(lái)查看真實(shí)信號(hào)。

帶寬不足不僅會(huì)影響您對(duì)正弦波進(jìn)行峰峰值測(cè)量，在測(cè)量更復(fù)雜的信號(hào)（例如查看方波的真正上升沿）時(shí)，測(cè)量精度也會(huì)受到限制。這與諧波有關(guān)。簡(jiǎn)單的呈現(xiàn)方法是將信號(hào)的諧波分解出來(lái)。

在圖 3 中，黃色跡線顯示了原始的真實(shí)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)用作參考信號(hào)。如果仔細(xì)查看每一個(gè)諧波，您會(huì)看到一次諧波（綠色跡線）的周期和占空比跟原始信號(hào)相同，但其上升沿較慢，拐角更圓滑。而在捕獲一、三和五次諧波（紅色跡線）時(shí)，您可以看到波形的拐角更銳利，顯露出更多的信號(hào)細(xì)節(jié)。

在圖 4 的測(cè)量示例中，您可以看到，使用足夠的帶寬進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)巨大差異。以同一個(gè) 100 MHz 時(shí)鐘信號(hào)為例，左邊使用 100 MHz 帶寬示波器進(jìn)行測(cè)量，右邊使用500MHz 帶寬示波器進(jìn)行測(cè)量。使用 500 MHz 示波器的話，帶寬正好是信號(hào)頻率的 5 倍，因此您可以準(zhǔn)確地查看上升沿和下降沿。

理想情況下，您希望至少要捕獲到五次諧波才能得到所需的全部信號(hào)細(xì)節(jié)。遵循 5 倍帶寬的建議通?？梢詣偃芜@樣的測(cè)量。然而，我們還有更準(zhǔn)確的方法來(lái)確定所需的帶寬。

我們來(lái)總結(jié)一下如何選擇正確的示波器帶寬：

1. 對(duì)于數(shù)字信號(hào)，使用的帶寬至少是基頻的 5 倍。2. 要捕獲更快的上升時(shí)間，您可能需要更高的帶寬。

2、確保您擁有高采樣率

您是否知道信號(hào)中出現(xiàn)了一些毛刺而您對(duì)此毫無(wú)覺察？導(dǎo)致這種情況的罪魁禍?zhǔn)资遣蓸勇?。采樣率太低的話，很可能讓您錯(cuò)過重要事件。

以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）為例，它會(huì)收集模擬信號(hào)的“樣本"或數(shù)據(jù)點(diǎn)。ADC 使用這些樣本以數(shù)字方式在示波器屏幕上重建信號(hào)。收集這些樣本的速率就稱為采樣率，單位為樣本數(shù)/秒（Sa/s）。在精心設(shè)計(jì)的示波器（如InfiniiVision 系列）中，會(huì)按照均勻的時(shí)間間隔（圖 5 中的“t"）收集這些樣本。

當(dāng)您在屏幕上看到得到的信號(hào)時(shí)，您不會(huì)看到這些樣本點(diǎn)，而是看到一個(gè)平滑的波形。示波器在每個(gè)采集的樣本之間插入跡線。但是，如果采集的樣本不夠，那么插值不能很好地表現(xiàn)信號(hào)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不正確。

圖 6 和圖 7 顯示了分別以高采樣率（圖 6）和低采樣率（圖 7）測(cè)量相同外觀信號(hào)得到的結(jié)果。

采樣率過低不僅會(huì)導(dǎo)致失真，還會(huì)使您錯(cuò)過沒有采樣到的關(guān)鍵信號(hào)細(xì)節(jié)，如毛刺和誤差。在圖 8 中，我們可以看到采樣率過低（或“欠采樣"）錯(cuò)過了多少信號(hào)細(xì)節(jié)。

相反，圖 9 則顯示了高采樣率如何使您捕獲到這些毛刺。如果您沒有在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)這些誤差，那么客戶在使用您的器件時(shí)有可能會(huì)發(fā)生故障。

您還可以通過可選模式來(lái)處理樣本，以顯示信號(hào)的各方面信息。這些模式被稱為采集模式。常見的采集模式有四種，包括：正常模式、平均模式、高分辨率模式和分段模式。每種模式都有特定的用例來(lái)分析信號(hào)的某些部分。

采樣率越高，跡線的分辨率就越高。這讓您可以進(jìn)行更準(zhǔn)確的測(cè)量并查看信號(hào)中可能存在的各種誤差。我們建議采用是示波器規(guī)定的實(shí)時(shí)帶寬 4 到 5 倍的采樣率。

3、通道數(shù)

在很多情況下需要同時(shí)對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行分析，以驗(yàn)證不同事件是否正常發(fā)生。例如，確保通道 1 上的串行總線比特在正確的時(shí)間點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)與輸入到通道 2 的時(shí)鐘有關(guān)。其他的設(shè)計(jì)可能需要更多通道來(lái)檢查時(shí)間相關(guān)信號(hào)。

帶寬、MSO 通道（數(shù)字通道）、綜合儀器選件、分析應(yīng)用軟件等可在購(gòu)買示波器后隨時(shí)通過軟件進(jìn)行升級(jí)和啟用。示波器上的通道數(shù)卻不是這樣。根據(jù)您打算分析的信號(hào)，您可能需要兩個(gè)或四個(gè)通道。因此，在購(gòu)買示波器前務(wù)必要確定您需要多少個(gè)通道。

您還要考慮自己的設(shè)計(jì)未來(lái)將如何發(fā)展以及您的測(cè)試需求會(huì)有何變化。在購(gòu)買示波器時(shí)，您希望它在很多年里都能滿足您的測(cè)試需求，因此在購(gòu)買之前應(yīng)考慮需要多少通道。

在很多示波器上，您還可以選擇添加最多 16 個(gè)額外的數(shù)字通道。這樣就將您的數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）變成了混合信號(hào)示波器（MSO），讓您可以同時(shí)分析模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。在很多情況下，我們需要一次查看多個(gè)串行總線或協(xié)議總線，以確保沒有時(shí)序誤差，有了這個(gè)選件，們就能輕而易舉地完成任務(wù)。這些額外的數(shù)字通道的好處在于它們可以隨時(shí)啟用。這意味著，如果暫時(shí)沒有需求或者不能承受其價(jià)格的話，您不必馬上購(gòu)買它們，當(dāng)未來(lái)需求發(fā)生變化時(shí)，您可以隨時(shí)激活它們。

這點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總地來(lái)說很簡(jiǎn)單，但在購(gòu)買前必須考慮您的測(cè)試需要兩個(gè)還是四個(gè)模擬通道。另外，如果您擁有的示波器支持?jǐn)?shù)字通道，那么您可以隨時(shí)啟用這些通道。

4、快速波形捕獲率是關(guān)鍵

與采樣率一樣，示波器的波形捕獲率越高，您看到的信號(hào)細(xì)節(jié)就越多。如果示波器的波形捕獲率不夠高，您就無(wú)法看到信號(hào)中出現(xiàn)的異常情況。這就好比是擲骰子。擲出骰子的次數(shù)越多，獲得特定數(shù)字組合的概率就越高。同樣，示波器更新的次數(shù)越多，您就越有可能捕獲到罕見的事件。

所有示波器在每次捕獲和顯示采集結(jié)果之間都存在一定的“靜寂時(shí)間"或“盲區(qū)時(shí)間"。在這段時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)出現(xiàn)罕見的信號(hào)異常，如毛刺等。波形捕獲率越慢，靜寂時(shí)間就越長(zhǎng)，而您錯(cuò)過的信號(hào)細(xì)節(jié)也就越多。反之，波形捕獲率越高，靜寂時(shí)間就越短，您看到的真實(shí)信號(hào)細(xì)節(jié)也就越多。

舉個(gè)例子，每秒幾千個(gè)波形的更新速率可能看起來(lái)很快，但如果您的信號(hào)中有一個(gè)發(fā)生概率只有百萬(wàn)分之一的毛刺會(huì)怎樣？更新速率太慢的話，您可能永遠(yuǎn)都看不到這個(gè)毛刺（圖 11）。如圖 12 所示，具有高波形捕獲率（如 1,000,000 個(gè)波形/秒）對(duì)于提高捕獲罕見誤差的概率至關(guān)重要。

快速的波形捕獲率可以確保您看到發(fā)生概率只有百萬(wàn)分之一的事件。使用 3000T X 系列和 4000 X 系列示波器實(shí)現(xiàn)極快的波形捕獲率。

5、LAN 連通性的作用

通過 LAN 連接示波器將為您開啟全新的測(cè)試視野，節(jié)省更多投資。無(wú)論您在哪里工作一是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、設(shè)計(jì)室還是生產(chǎn)車間 — LAN 連接都能讓您的流程變得更加高效。

這個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接使您可以隨時(shí)隨地工作，不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。通過 LAN 連接網(wǎng)絡(luò)，打開互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，因此多個(gè)工程師可以使用同一臺(tái)儀器工作。這樣，學(xué)生和同事可以在任何地方共享使用設(shè)備開展項(xiàng)目工作，最終節(jié)省預(yù)算。美國(guó)工程師 和中國(guó)工程師可以使用同一臺(tái)儀器進(jìn)行工作，而不需要配備另一臺(tái)示波器，這樣您就可以將資金更多地投入到設(shè)計(jì)上。

您可以通過 LAN 向儀器發(fā)送遠(yuǎn)程命令，還可以使用仿真的儀器屏幕和硬鍵控件在 PC 上操控儀器（圖 14）。由于它的用戶界面跟實(shí)際儀器的相同，所以儀器的控制變得更加容易。

LAN 連接不僅讓儀器的控制變得更方便，而且還支持在大型實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行儀器監(jiān)測(cè)。在有很多學(xué)生使用各種儀器進(jìn)行研究的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，這一點(diǎn)尤其有幫助。

連接到網(wǎng)絡(luò)還有另一個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)，就是測(cè)試自動(dòng)化。自動(dòng)化測(cè)試在研發(fā)和制造環(huán)境中都很常見。所有 Keysight InfiniiVision 示波器都可以使用SCPI 命令進(jìn)行編程，但TestFlow 軟件提出了一種更簡(jiǎn)單的測(cè)試自動(dòng)化解決方案。編程就像是在屏幕上拖動(dòng)方框一 樣簡(jiǎn)單。

6、不要低估易用性

您肯定不希望在儀器上尋找分析工具成為測(cè)試中具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。但是，市面上的許多示波器都有這個(gè)問題。確保示波器擁有直觀的用戶界面，以免您浪費(fèi)時(shí)間搜索菜單。查找各種示波器工具應(yīng)當(dāng)非常簡(jiǎn)單，因?yàn)槟褧r(shí)間花在測(cè)量上，而不是花在設(shè)置上。

在整個(gè)示波器系列中提供直觀、便于使用且一致的用戶界面意味著您可以傳遞測(cè)量知識(shí)，更加高效地進(jìn)行測(cè)試。

Keysight InfiniiVision 示波器的兩個(gè)關(guān)鍵的基本功能是內(nèi)置幫助窗口和訓(xùn)練信號(hào)。這兩個(gè)功能讓您可以輕松了解示波器的功能，從而了解如何加快測(cè)試速度。

每臺(tái) InfiniiVision 示波器都可以通過編程引入各種訓(xùn)練信號(hào)。將探頭與演示引腳連接，您可以在屏幕上顯示這些訓(xùn)練信號(hào)，并且對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行各種示波器測(cè)量、觸發(fā)和分析。這樣可以幫助您學(xué)習(xí)如何使用各種儀器功能，完成從基礎(chǔ)應(yīng)用到高級(jí)應(yīng)用中的測(cè)量任務(wù)。

按下示波器前面板上的任意按鈕或軟件鍵/菜單按鈕，屏幕上會(huì)出現(xiàn)內(nèi)置幫助窗口（圖 16）。按住按鈕幾秒鐘，屏幕上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)窗口，其中包含重要的信息來(lái)說明該選項(xiàng)的用途以及用法。有些幫助屏幕還包括一些技巧，告訴您如何使用各種示波器輸入正確設(shè)置儀器。

易用性是一種主觀體驗(yàn)，通常不會(huì)在產(chǎn)品資料中提及，您可以索取演示儀器進(jìn)行試用或查找探討易用性的在線視頻。本視頻就是一個(gè)良好的開端，它介紹了 InfiniiVision 用戶界面的一 些技巧。

總結(jié)

取決于帶寬和通道數(shù)，購(gòu)買示波器可能會(huì)花費(fèi)大量資金。請(qǐng)核對(duì)本指南中列出的技術(shù)指標(biāo)，確保當(dāng)您的設(shè)計(jì)發(fā)展進(jìn)步時(shí)，儀器可以滿足您的全部需求。為了有效地進(jìn)行測(cè)試，請(qǐng)記住以下要點(diǎn)：

• 通道數(shù)

- 在購(gòu)買之前，您必須確定需要的究竟是 2 個(gè)還是 4 個(gè)模擬通道

• 帶寬

- 選擇達(dá)到您的最快頻率或時(shí)鐘速率 5 倍的帶寬

- 請(qǐng)記住，還有一些其他方法可以更準(zhǔn)確地判斷需要多少帶寬

• 采樣率

- 采樣率越高，您可以看到的信號(hào)細(xì)節(jié)就越多

• 波形捕獲率

- 您的儀器必須以非?？斓乃俾矢虏ㄐ?，以捕獲罕見的毛刺和異常

• LAN 連通性

- 為實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地共享儀器進(jìn)行工作創(chuàng)造了條件

• 易用性

- 一致的用戶界面、內(nèi)置幫助系統(tǒng)和訓(xùn)練信號(hào)讓您能夠更高效地開始測(cè)試

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