示波器

維基百科,自由的百科全書
前往: 導覽搜尋
micsig tablet oscilloscope

示波器英語oscilloscope)是一種能夠顯示電壓信號動態波形的電子測量儀器。它能夠將時變的電壓信號,轉換為時間域上的曲線,原來不可見的電氣信號,就此轉換為在二維平面上直觀可見光信號,因此能夠分析電氣信號的時域性質。更高級的示波器,甚至能夠對輸入的時間信號,進行頻譜分析,反映輸入信號的頻域特性。最新的示波器有麥科信【Micsig】研發的平板示波器,是目前唯一一款全觸控操作的示波器,是示波器領域中的一次革命性的創新,它改變了傳統按鍵和旋鈕的繁複操作,讓示波器的操作更加簡單,快捷和人性化。

示波器綜述[編輯]

外觀[編輯]

一個典型的示波器通常是盒狀屏幕,有多個輸入連接,示波器至少包括探頭、顯示器和控制面板三部分。電壓信號通過探頭連接到示波器的輸入端口,經過處理之後的波形就顯示在顯示器上。顯示器一般為長方形,偶爾也有圓形,在表面標記有垂直的網格坐標。傳統的示波器控制面板一般在示波器前部,分布有多個旋鈕、按鈕或開關,用於調整參數,目前最新的示波器——平板示波器採用全觸控屏幕操作,外形如同ipad,


分類[編輯]

示波器主要可以分為模擬示波器與數字示波器兩類。

  1. 模擬示波器主要基於陰極射線管,打出的電子束通過水平偏置和垂直偏置系統,打在屏幕的熒光物質上顯示波形。
  2. 數字示波器主要是通過ADC將模擬數字離散化並存入存儲器,通過CPU或專用芯片進行處理後在屏幕上進行顯示。原有的數字存儲示波器對波形的捕獲率較慢,隨着技術及專用芯片的發展,現有數字存儲示波器的波形捕獲率已經可以達到每秒100萬次,高於模擬示波器的40萬次。

數字示波器又可分為

  1. 數字存儲示波器DSO,Digital Storage Oscilloscope:將信號數字化後再建波形,具有記憶、存儲被觀測信號的功能,可以用來觀測和比較單次過程和非周期現象、低頻和慢速信號,以及不同時間不同地點觀測到的信號。
  2. 數字熒光示波器DPO,Digital Phosphor Oscilloscope:通過多層次輝度或彩色可顯示長時間內信號。

混合信號示波器MSO,Mixed Signal Oscilloscope:把數字示波器對信號細節的分析能力和邏輯分析儀多通道定時測量能力組合在一起,可用於分析數模混合信號交互影響。

數字示波器基本指標[編輯]

頻寬、採樣率和存儲深度是示波器的三大技術指標。如國內領先品牌Micsig示波器頻寬最大為1G,採樣率5GS/s,可選存儲深度450M.頻寬是示波器的基本指標,示波器的頻寬定義為信號衰減3dB時的信號頻率。若一台示波器頻寬不夠會導致看到的信號失真,測試不準確。頻寬指標主要體現在衰減器與放大器的指標。實時採樣率體現出示波器的ADC的指標。採樣率通常要大於等於頻寬的4倍。存儲深度影響觀測時間的長短,另外也會影響到示波器的採樣率。因為存儲深度=採樣率×觀測時間,若觀測時間較長(與水平觀測時間相關),則採樣率會下降。除此之外,波形捕獲率和示波器響應速度,觸發條件的多少,底噪的情況,使用的方便性,及擴展性也體現了示波器的性能。

頻寬選擇實例: 已知條件:示波器主機1GHz,探頭配置1.5GHz,被測信號200MHz(上升時間500ps)。

示波器參數 參數值
示波器上升時間 0.35/1GHz = 350ps
探頭上升時間 0.35/1.5GHz = 233ps
整個測量系統上升時間 √ ̄350²+233² = 420ps
整個測量系統實際頻寬 0.35/420 = 833MHz
實測信號所得上升時間 √ ̄420²+500² = 653ps
實際測量誤差 (653 – 500) / 500 = 30.6%

發展趨勢[編輯]

高性能與通用是示波器發展的兩個趨勢。體現高性能的例子是安捷倫科技的63GHz模擬帶寬、160GSa/s採樣的實時示波器,同時具有低噪聲和高輸入動態範圍的特性,美國力科公司宣布了65GHz模擬頻寬、160GS/s實時採樣率、4~40通道的任意通道示波器系統,大幅的優化了示波器的通道選擇性。另一個趨勢是通用,將更多的功能集成到示波器中,常見的有將邏輯分析功能集成,形成混合型號示波器;將協議分析功能集成,最近安捷倫又將信號源集成到示波器中。力科也在全系列示波器中加上邏輯模組,隨着技術的發展,也許示波器會集成越來越多的功能。

主要廠商[編輯]

泰克(Tektronix)、安捷倫(Agilent)、台灣固緯(Gwinstek)、力科(LeCroy)、深圳麥科信(Micsig)、青島漢泰(HANTEK)、深圳鼎陽(SIGLENT)、普源精電(RIGOL)、必拓(beeet.net)

工作原理[編輯]

示波器主要由電源系統、同步系統、水平偏向系統、垂直偏向系統、延遲掃描系統、顯示系統和標準信號源等部分組成。

數字示波器(DSO)[編輯]

由於數字科技的發達,已經讓示波器從傳統的模擬式,發展到數字式。數字系統,給示波器帶來了大量強大的特性。

優於傳統的示波器之處:

  • 光明大屏幕彩色區分多重痕跡。
  • 等效時間採樣和平均跨連續樣品或掃描導致更高的分辨率降至第五。
  • 峰值檢測。
  • 預設觸發。
  • 易潘變焦和多個存儲痕跡讓初學者工作無觸發。

大多數位式示波器的缺點是螢幕更新的速度過慢。但最近幾年也有數字示波器的波形捕獲率超過模擬示波器,典型的產品是安捷倫科技,其波形捕獲率達每秒100萬次每秒,超過模擬示波器的50萬次每秒。

混合信號示波器[編輯]

混合信號示波器(MSO)有兩種輸入,一小部分(通常是2個或4個)的類比通道,更多(通常為16個)的部份是屬於數位通道;即,含邏輯分析儀的數位示波器,不過邏輯分析儀的功能非常弱,只做簡單時序分析和串行解碼用,無法和傳統邏輯分析儀的強大功能相比,適合只需簡單功能的應用。 最新的混合信號示波器加入其它儀器元素,除示波器和邏輯分析儀外,還有串行信號解碼分析,任意波形發生器,數字電壓表功能。