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選擇示波器要考慮的十大因素
1、您需要多少帶寬
  我們已經處于數字示波器時代,與僅考慮模擬放大器的帶寬相比,應更多的考慮示波器的帶寬,為了保證示波器為應用提供足夠的帶寬,您必需考慮示波器將要考察的信號帶寬。
  帶寬是示波器最重要的特點,因為它決定這顯示的信號范圍,它在很大程度上還決定著用戶需要支付的價格。在制定帶寬決策時,您必需把當前有限的預算與實驗室中示波器使用期間預計的需求平衡起來。
  在當前的數字技術中,系統時鐘通常是示波器可能顯示的頻率最高的信號。示波器的帶寬至少應該比這一頻率高三倍,以合理地顯示這個信號的形狀。
  系統中決定示波器帶寬要求的另一個信號特點是信號的上升時間。由于您可能看到的不只是純正弦波,因此在超出信號基礎頻率的頻率上,信號將包含諧波。例如,如果您考察的是方形波,那么信號包含的頻率至少要比信號的基礎頻率高10倍。如果在考察方形波等信號時不能保證相應的示波器帶寬,您將在示波器顯示屏上看到圓形的邊沿,而不是預計看到的清晰快速的邊沿。這進而會影響測量精度。
  幸運的是,我們有一些非常簡單的公式,可以幫助您根據信號特點確定相應的示波器帶寬。
1、信號帶寬=0.5/信號上升時間
2、示波器帶寬=2 x 信號帶寬
3、示波器實時取樣速率=4 x 示波器帶寬
  在已經確定了相應的示波器帶寬后,您需要考慮示波器打算同時使用的每條信道的取樣速率。如上面的公式3所列,對打算使用的每條信道,必需保證取樣速率是示波器帶寬的四倍,以便這些信道能夠全面支持示波器的額定帶寬。我們將在后面對此進行更詳細的討論。

2、您需要多少條信道
乍一看,信道數量似乎是一個簡單的問題。畢竟,不是所有示波器都配有兩條信道或四條信道嗎?沒別的了!數字內容遍布當前設計中的任何地方,不管數字內容在設計中的比重高低,傳統的2通道或4信道示波器都并不能一直提供觸發和察看所有感興趣的信號所需的信道數量。如果您遇到這種情況,您就會了解構建外部硬件或編寫專用軟件隔離感興趣的活動時涉及的問題。
  對當前日益發展的數字領域,一種全新的示波器已經增強了示波器在數字應用和嵌入式調試應用中的應用。混合信號示波器(通常稱為MSO)除典型示波器的2條或4條示波器信道外,還緊密地插入另外16條邏輯定時信道。其結果,實現了一個全功能示波器,提供了最多20條時間相關的觸發、采集和察看信道。
  我們將以常見的SDRAM應用為例,介紹怎樣使用混合信號示波器進行日常調試。為隔離SDRAM寫入周期,您必需對五種不通的信號組合觸發系統-RAS,CAS,WE,CS和時鐘。4信道示波器本身不足以滿足這一基本測量要求。
  如圖2所示,16條邏輯定時信道用來設置在RAS高、CAS低、WE高和CS上觸發系統。示波器信道1用來察看和抽換法時鐘的上升沿。在邏輯分析儀和示波器組合解決方案中,邏輯分析儀只能交叉觸發示波器或反之,與此不同,混合信號示波器可以在示波器和邏輯定時信道中進行全寬觸發。

3、您要求的取樣速率是多少
如前所述,在評估示波器時,取樣速率是一個非常重要的考慮指標。為什么呢?大多數示波器采用插入形式,在兩條或多條信道偶合模數轉換器時,其僅在四信道示波器中的一條或兩條信道上提供最大的取樣速率,從而可以提高取樣速率。許多制造商在示波器的主要技術指標中僅強調這種最大化的取樣速度,而不會告訴用戶該取樣速率僅適用于一條信道!如果你希望購買一個4信道示波器,那么事實上你希望不僅僅在一條信道上使用和獲得全部帶寬。
  回憶一下第2個考慮因素中給出的公式,示波器的取樣速率至少應該是示波器帶寬的4倍。在示波器使用某種數字重建形式時,最好使用4倍乘數,如sin(X)/X插補。在示波器沒有采用數字重建形式時,乘數實際上應該是10倍。由于大多數示波器采用某種數字重建形式,4倍乘數應該足夠了。
  讓我們考察一下使用500MHZ示波器的實例,該示波器采用sin(X)/X插補技術。對這一示波器,為在,每條信道上支持整整500MHz的帶寬,每條信道需要的最低取樣速率是4 x (500MHz),或每條信道2GSa/s。當前市場上部分500MHz示波器聲稱最大5GSa/s取樣速率,但沒有指出5GSa/s取樣速率只適用于一條信道。在使用三條或四條信道時,這些示波器每條信道的取樣速率實際上只有1.25GSa/s,不足以在幾條信道上支持500MHz的帶寬。
  考慮取樣速率的令一種方式是確定應用點之間希望的分辨率。取樣速率是分辨率的倒數。例如,假設您希望在樣點之間實現1ns的分辨率。能夠提高這一分辨率的取樣速率是1/(1ns)=1GSa/s。
  總之,要保證考慮的示波器能夠為希望同時使用的所有信道提供足夠的每條信道取樣速率,從而每條信道都能夠支持示波器的額定帶寬。
4、您需要多少內存深度
  如前所述,帶寬和取樣速率緊密相關。內存深度也與取樣速率緊密相關。模數轉換器對輸入波形進行數字轉換,得到的數據存儲到示波器的告訴內存中。選擇示波器時一個重要因素是了解示波器怎樣使用存儲的這些信息。內存技術使得用戶能夠捕獲采集數據、當大察看更多細節、或在采集的數據上進行數學運算、測量和后期處理功能等操作。
  許多人認為,示波器的最大取樣速率指標適用于所有時基設置。這當然是好事,但這可能要求非常大的內存,幾乎沒有人能夠買得起內存這樣大的示波器。由于內存深度有限,因此隨著人們把時基設置成越來越寬的范圍,所有示波器必須降低取樣速率。示波器的內存越深,以全部取樣速率可以捕獲的時間越多。目前市場上有一種流行的示波器,其取樣速率達到每秒幾千兆樣點及擁有10,000樣點的內存。在時基設為2ms/格及更慢時,這一示波器被迫把取樣速率降低到每秒幾千樣點。你必需查看有問題的示波器,了解時基設置對其取樣速率的影響。這里提到的示波器在以要求的掃描速率工作、以顯示整個系統操作周期時,將只提供幾千赫茲的帶寬。
  你所需要的內存深度取決于希望查看顯示器的數量以及希望保持的取樣速率。如果你希望在不同樣點間以較高分辨率查看更長的時期,您使用需要深內存。簡單的公式可以告訴您需要多少內存、其中需要考慮時間間隔和取樣速率:
內存深度=取樣速率 x 顯示時間
  如果您需要放大及更仔細地查看波形,在示波器上所有時間設置中保證高取樣速率可以防止假信號,提供與波形有關的更詳細的信息。
  一旦已經確定內存深度,同樣重要的是必需考察在使用最深的內存設置時示波器的操作方式。采用傳統深內存結構的示波器響應速度慢,這會給生產效率帶來負面影響。由于響應速度慢,示波器制造商通常把深內存降到專用模式,工程師通常只在必需使用深內存時才使用它。盡管示波器制造商幾年來已經在深內存結構中取得很大進展,但某些深內存結構的速度仍然很低,操作起來要耗費大量的時間。在購買示波器前,一定要評估示波器在最深的內存設置下的響應能力。

5、您需要哪些顯示功能
所有示波器供應商都知道,他們銷售的是波形圖像.追溯到模擬示波器時代,示波器CRT顯示器的設計特點決定著圖像的質量.在當前的數字世界中,示波器的現實性能在很大程度上取決于數字處理算法,而不是顯示設備的物理特點.某些示波器制造商已經在產品中增加了專用顯示模式,以克服傳統模擬示波器顯示和數字顯示之間的某些差異.沒有一種很好的途徑,通過研究示波器的技術指標來確定哪種示波器最適合用戶的實驗室環境.只有在用戶工作臺上實時演示及使用用戶自己的波形時,才能確定哪種示波器最適合滿足用戶需求.
  當前的數字示波器分為兩大類:波形查看儀器和波形分析儀.為查看波形設計的示波器通常用于測試和問題診斷應用,在這些應用中,波形圖像將提供用戶所需的全部信息.
  在波形分析應用中,Microsoft Windows操作系統和高級分析功能等特點可以應用額外的抽象等級,確定被測系統的性能狀況.在這方面,也很難單純根據產品技術資料,確定示波器能夠躲好地滿足用戶需求.必需在實驗室中進行實時演示,才能確定考察的示波器能否顯示用戶需要查看的內容.
6、您需要哪些觸發功能
  許多通用示波器使用邊沿觸發功能.但是,在某些應用中可能需要使用其他觸發功能.高級觸發功能使您能夠隔離希望查看的事件.例如,在數字應用中,觸發信道中某個碼型會有很大幫助.如前所述,混合信號示波器可以觸發邏輯信道和示波器信道碼型,而在示波器/邏輯分析儀組合解決方案中,用戶只能通過把各自輸入/輸出觸發信號電纜連接在一起,來交叉觸發兩臺儀器.
  對串行設計人員,某些示波器甚至為SPI、CAN、USB、I2C和LIN等標準配備了串行觸發協議。高級觸發選項在此能夠在日常調試任務中節約大量的時間。如果您需要捕獲罕見的事件,情況會怎樣呢?毛刺觸發允許觸發正向毛刺或負向毛刺。或觸發大于或小于指定寬度的脈沖。在診斷問題時,這些功能特別有用。您可以觸發問題,向回查看時間(使用延遲或水平位置旋鈕),查看時間(使用延遲或水平位置旋鈕),查看導致問題的根源。
  當前市場上的許多示波器還為電視和視頻應用提供了觸發功能。通過使用示波器的電視觸發功能,可以在需要查看的場合具體行上觸發系統。
7、探測信號的最佳方式是什么?
  信號的變化速率開始超過1GHz。由于無源探頭一般僅限于600MHz,因此獲得示波器的全部帶寬可能是一個問題。系統帶寬(亦即示波器/探頭組合帶寬)以這兩種帶寬中的低者為準。例如,考慮一下帶有500MHz無源探頭的1GHz示波器,組合的系統帶寬是500MHz。如果您由于探頭而獲得500MHz的帶寬,購買1GHz示波器是不值得的!
  此外,每次在您把探頭連接到電路上時,探頭變成被測電路的一部分。探針在本質上是一條短傳輸線。傳輸線是一種L-C諧振電路,其頻率是傳輸線的1/4波頻率,L-C諧振電路的阻抗將變低,其接近于零,并將給被測設備帶來負荷。可以簡便的在信號的低速上升時間和減幅振蕩中查看L-C諧振電路的負荷。
  有源探頭不僅提供的帶寬超過無源探頭,而且他們還消除了把探頭連接到被刺設備(DUT)時的部分傳輸線效應。通過在有源探頭中采用電阻“衰減的”探針和配件,安捷倫科技最大限度的降低了信號負荷及導致的信號失真。這些衰減的配件可以防止L-C諧振電路的阻抗變得太低,從而防止加載信號導致的減幅振蕩和信號失真。
  此外,衰減的配件使得探頭的頻響能夠在整個探頭帶寬范圍內保持平坦。通過平坦的頻響,可以在探頭的整個帶寬內防止信號失真。
  現在已經解決了信號失真問題,如果你探測的是高速信號,那么下一步是保證即使在使用探頭配件時仍能實現全部帶寬。Agilent InfiniiMax探頭通過在探頭放大器和探針之間使用受控的傳輸線,優化了探頭帶寬。通過使用一個放大器,您可以連接各種差分探頭或單端探頭,包括瀏覽探頭、帶插座的探頭、焊接探頭和SMA探頭,并獲得全部系統帶寬。另外,由于探頭放大器實際上通過受控傳輸線與探針分開,因此可以簡便地接觸緊密的探頭空間。
  這里的關鍵是在使用各種探頭和配件時了解探頭的額定帶寬。配件可能會降低探頭的性能,用戶當然不希望沒有必要地花上幾千美元,購買一款高帶寬有源探頭,而這款探頭在用戶首選的探測配置時會嚴重降低系統性能。

8、您需要哪些存檔和連接功能?
許多數字示波器現在帶有和個人電腦相同的接口,包括GPIB、
RS-232、LAN和USB接口。現在把圖片發送到打印機,或把數據傳送到PC或服務器要比過去容易得多。您是否經常把示波器數據傳送到PC上?那么非常重要的一點是,示波器至少要有上面列出的一種接口選項。內置軟驅或光驅還可以幫助您傳送數據,但與通過USB或局域網連接從示波器發送文件相比,使用軟驅或光驅通常要求更多的工作。對沒有局域網和USB等比較先進的接口選項的經濟型示波器,示波器制造商通常提供軟件,允許通過GPIB或RS-232簡便地把波形圖像和數據傳送的PC上。如果PC沒有安裝GPIB卡,或用戶希望以更簡便的方式把波形傳送到筆記本電腦上,您可能會考慮GPIB到USB轉換器。許多示波器還配有幾GB的硬驅,用戶還可以使用他存儲數據。應提前確定需要示波器提供什么程度的連接能力和存檔功能。如果需要作為自動化測試系統的一部分連接示波器,一定要保證示波器配有足夠的軟件和驅動程度,來適應您的編程環境。
9、您怎樣分析波形?
自動測量和內置分析功能可以節約用戶時間,使工作更加簡便。數字示波器通常帶有模擬示波器上沒有提供的一系列測量功能和分析選項。
數學運算函數包括加減乘除、積分和微分。測量統計(最小值、最大值和平均值)可以檢定測量不確定性,在檢定噪聲和定時余量時,這是一項重要資源。許多數字示波器還提供了FFT功能。
對關注波形分析的“高需求用戶”,示波器制造商正在中檔示波器和高檔示波器中提供更大的靈活性。某些制造商提供的軟件允許定制復雜的測量,直接從示波器用戶界面中執行數學函數和后期處理。例如,可以使用C++或Visual Basic編寫測量程序,然后從示波器圖形用戶界面(GUI)中執行程序。用過這一功能,用戶不需把數據傳送到外部PC上,對關注波形分析的用戶,這可以節約大量的時間。

10、最后一個、但也是同樣重要的一個問題:演示、演示、還是演示!
  如果您已經考慮了前面九了因素,您可能已經把范圍縮小到能夠滿足標準的少量示波器中。現在應該試用這些示波器,進行并排比較。借用幾天示波器,您將有時間全面評估這些示波器,您將有時間全面評估這些示波器。在使用每臺示波器時,需要考慮的部分因素包括:
簡單易用性:在試驗期間,評估每臺示波器的簡便易用性.示波器是否有簡便易用的專用旋鈕,用于垂直靈敏度、時基速度、軌跡位置和觸發等級等常用調節功能?從一項操作到另一項操作需要按多少個按鈕?能否直觀地運行示波器,同時把重點放在被測電路上?
顯示響應速度:在評估示波器時,注意示波器的響應速度,不管是使用示波器診斷問題還是收集大量的數據,這都是一個關鍵因素。在改變V/格、時間/格、內存深度和位置設置時,示波器是否迅速響應?在打開測量功能時,再看一下示波器的響應速度。響應速度是否明顯下降?
結論
在全面考察這些問題及評估示波器后,您應該對哪種型號真正滿足你的需求已經做到胸有成竹。如果現在還不確定,您可能要與其他示波器用戶討論產品選型,或致電制造商技術支持人員。
詞匯表
假信號 以低于Nyquist的速率(信號最大頻率成分的兩倍)取樣,因此錯誤地重新排列信號頻率成分的信號(通常是電接口信號)。
CAN 控制器區域網,這是汽車和工業應用中流行的一種強健的串行通信總線標準。
數字示波器 采用高速模數轉換器(ADC)測量信號,然后使用標準計算機圖形技術在屏幕(CRT或LCD)上顯示信號的示波器。
GPIB 通用儀器總線,也稱為IEEE-488總線,是一種廣泛使用的接口,用來把測試儀器連接到計算機上及提供編程儀器控制能力。
諧波 信號的一種頻率成分,是該信號基礎諧波的整數倍。
I2C 繼承電路間總線,一種短距離串行通信總線標準,由兩個信號(時鐘和數據)組成,在同一塊印刷電路板上多個集成電路之間的通信中非常流行。
插入 數字示波器中使用的一種技術,其中一起使用不同模擬信道的模數轉換器,一般來說,使用的信道越少,取樣速率越高,內存深度更深。
L-C諧振電路 由電感和電容組成的電路,能夠在一個頻段內連續存儲電子,并大體分布在電路諧振或調諧的一個頻率上。
LIN 局部互聯網絡,這是一種短距離串行通信標準,在包含CAN總線的系統中非常常見。LIN的速度和復雜行都要低于CAN總線。
混合信號示波器(MSOs)信道數量超過查看模擬信號和數字信號常用信道數量的數字示波器。MSO一般擁有兩條或四條模擬信道,至少擁有8位的垂直分辨率。其通常擁有16條數字信道,但其一般僅有1位的垂直分辨率。
SDRAM 同步動態隨機訪問內存,這是當前數字內存最流行的形式,它與上一代DRAM的區別在于,所有信號定時都是相對于一個時鐘的。
SPI 串行外設接口,這是一種非常簡單的短距離串行通信總線標準,其中由兩個信號(時鐘和數據)或三個信號(時鐘,數據和選通)組成,在從ADC等微控制器外設中讀取數據等應用中非常流行。
USB 通用串行總線,用來把外設(包括測試儀器)連接到計算機上的一種接口。
  
Agilent  

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