電子測(cè)量儀器之示波器選用的5大要點(diǎn)

一、了解您需要測(cè)試的信號(hào)

您要知道用示波器觀察什么?您要捕捉并觀察的信號(hào)其典型性能是什么?您的信號(hào)是否有復(fù)雜的特性?您的信號(hào)是重復(fù)信號(hào)還是單次信號(hào)?您要測(cè)量的信號(hào)過渡過程的帶寬，或者上升時(shí)間是多大?您打算用何種信號(hào)特性來觸發(fā)短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等?您打算同時(shí)顯示多少信號(hào)?您對(duì)測(cè)試信號(hào)作何種處理?

二、選擇示波器的核心技術(shù)差異：模擬(DRT)、數(shù)字(DSO)、還是數(shù)模兼合(DPO)

傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為模擬示波器具有熟悉的控制面板，價(jià)格低廉，因而總覺得模擬示波器“使用方便”。但是隨著A/D轉(zhuǎn)換器速度逐年提高和價(jià)格不斷降低，以及數(shù)字示波器不斷增加的測(cè)量能力和實(shí)際上不受限制的測(cè)量功能，數(shù)字示波器已獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。但是數(shù)字示波器顯示具有三維的缺陷、處理連續(xù)性數(shù)據(jù)慢等缺點(diǎn)，需要具有數(shù)模兼合技術(shù)的示波器，例DPO數(shù)字熒光示波器。

三、確定測(cè)試信號(hào)帶寬

帶寬一般定義為正弦波輸入信號(hào)幅度衰減到-3dB時(shí)的頻率，即幅度的70.7%。帶寬決定示波器對(duì)信號(hào)的基本測(cè)量能力。如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法測(cè)量高頻信號(hào)，幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會(huì)消失，細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失;如果沒有足夠的帶寬，得到的信號(hào)所有特性，包含響鈴和振鳴等都毫無意義。

一個(gè)決定您所需要的示波器帶寬有效經(jīng)驗(yàn)——“5倍經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則”：將您要測(cè)量的信號(hào)最高頻率分量乘以5，使測(cè)量結(jié)果獲得高于2%的精度。

在某些應(yīng)用場(chǎng)合，您不知道你的感興趣的信號(hào)帶寬，但是您知道它的最快上升時(shí)間，這時(shí)頻率響應(yīng)用下面的公式來計(jì)算關(guān)聯(lián)帶寬和儀器的上升時(shí)間：Bw=0.35/信號(hào)的最快上升時(shí)間。

數(shù)字示波器帶寬有兩種類型：重復(fù)(或等效時(shí)間)帶寬和實(shí)時(shí)(或單次)帶寬。重復(fù)帶寬只適用于重復(fù)的信號(hào)，顯示來自于多次信號(hào)采集期間的采樣。實(shí)時(shí)帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率，且當(dāng)捕捉的事件不是經(jīng)常出現(xiàn)或瞬變信號(hào)時(shí)就更為重要，實(shí)時(shí)帶寬與采樣速率緊密聯(lián)系。

帶寬越高越好，但是更高的帶寬往往意味著更高的價(jià)格，因此應(yīng)按照預(yù)算來選擇您要觀察的信號(hào)頻率成分。

四、A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率(或采樣速度)

單位為每秒采樣次數(shù)(S/s)，指數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)采樣的頻率。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丟失的概率就越小。

如果需要觀測(cè)較長時(shí)間范圍內(nèi)的慢變信號(hào)或低頻信號(hào)，最小采樣速率就發(fā)揮了作用，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數(shù)，需要調(diào)整水平控制旋鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著水平調(diào)節(jié)旋鈕的變化而變化。

如何計(jì)算采樣速率?計(jì)算方法取決于所測(cè)量的波形類型，以及示波器所采用的信號(hào)重建方式，例正弦插入法，矢量插入法等。為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號(hào)并避免混淆，奈奎斯定理規(guī)定：信號(hào)的采樣速率必須不小于其最高頻率成分的兩倍。然而，這個(gè)定理的前提是基于無限長時(shí)間和周期連續(xù)的信號(hào)。由于示波器不可能提供無限時(shí)間的記錄長度，而且從定義上看，低頻干擾是不連續(xù)的，也不是周期的，所以采用兩倍于最高頻率成分的采樣速率通常是不夠的。

實(shí)際上，信號(hào)的準(zhǔn)確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號(hào)采樣點(diǎn)間隙所采用的插值法，即波形重建。一些示波器會(huì)為操作者提供以下選擇：測(cè)量正弦信號(hào)的正弦插值法，以及測(cè)量矩形波、脈沖和其他信號(hào)類型的線性插值法。

有一個(gè)比較采樣速率和信號(hào)帶寬時(shí)很有用的經(jīng)驗(yàn)法則：如果您正在觀察的示波器有內(nèi)插(通過篩選以便在取樣點(diǎn)間重新生成)，則(采樣速率/信號(hào)帶寬)的比值至少應(yīng)為4∶1;無正弦內(nèi)插時(shí)，則應(yīng)采取10∶1的比值。

五、屏幕刷新率也稱為波形更新速度

所有的示波器都會(huì)閃爍，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號(hào)，在這些測(cè)量點(diǎn)之間將不再進(jìn)行測(cè)量，這就是波形捕獲速率，也稱屏幕刷新率，表示為波形數(shù)每秒(wfms/s)。一定要區(qū)分波形捕獲速率與A/D采樣速率的區(qū)別。采樣速率表示示波器在一個(gè)波形或周期內(nèi)A/D采樣輸入信號(hào)的頻率;波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。波形捕獲速率取決于示波器的類型和性能級(jí)別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會(huì)提供更多的重要信號(hào)特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時(shí)的異常情況，如抖動(dòng)、矮脈沖、低頻干擾和瞬時(shí)誤差的概率。

一般來講，模擬示波器由于電路簡(jiǎn)單，其屏幕刷新率較高，而數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)使用串行處理結(jié)構(gòu)每秒鐘可以捕獲10到5000個(gè)波形。為了改變數(shù)字示波器屏幕刷新率低的問題，數(shù)字熒光示波器采用并行處理結(jié)構(gòu)，可以提供更高的波形捕獲速率，有的高達(dá)每秒數(shù)百萬個(gè)波形，大大提高了捕獲間歇和難以捕捉事件的可能性，并能讓您更快地發(fā)現(xiàn)信號(hào)存在的問題。