如何选择最合适的示波器

正在为您的电子项目或专业工作寻找合适的示波器？无论您是经验丰富的工程师、学生还是电子爱好者，本指南都能为您提供清晰的框架，帮助您找到最符合自身需求的示波器。我们将探讨带宽、采样率和上升时间等关键参数，确保您做出明智的选择，从而提高测量精度和效率。

示波器是用来做什么的？

示波器，以前称为示波图（俗称示波器、示波器或O-scope），是一种台式仪器，它以图形方式显示电信号，并显示这些信号随时间的变化。工程师使用示波器来排查电路故障和检查信号质量。大多数工程师使用数字示波器，这也是我们这里要重点介绍的。数字示波器采集并存储波形，这些波形显示信号的电压、频率、噪声分量、信号是否失真、信号之间的时序等等。

选择示波器的基本参数

示波器带宽

带宽是一项关键参数，它决定了示波器能够精确测量的最高频率。带宽是影响示波器功能和成本的重要因素。

带宽越高，信号的再现就越准确，如图所示，分别以250 MHz、1 GHz 和 4 GHz 带宽级别捕获的信号。

如何计算您的带宽需求

在选择示波器时，一个好的做法是使用以下公式，以确保能够覆盖信号的最高频率分量：

例如，如果您的最高信号频率为20 MHz，则应考虑使用带宽至少为 60 MHz 的示波器。

示波器上升时间

上升时间对于数字应用至关重要，它表明示波器跟踪信号快速变化的能力。

高速数字信号的上升时间特性分析。

计算示波器所需的上升时间

示波器的上升时间应远小于信号中最快的上升时间。使用以下公式查找合适的示波器：

对于上升时间为4 ns 的信号，示波器的上升时间应小于 1.33 ns。

示波器采样率

采样率表示示波器对信号进行采样的频率，这会影响所捕获波形的细节。

更高的采样率可提供更高的信号分辨率，确保您能够看到间歇性事件。

确定示波器的正确采样率

为了选择合适的采样率，请遵循以下准则：

对于最大频率为20 MHz 的信号，应选择采样率至少为 200 MS/s 的示波器。这样可以确保详细捕捉波形，便于进行精确分析。

示波器选择的其他考虑因素

示波器的通道密度

数字示波器对模拟通道进行采样，并将采样结果存储并显示。一般来说，通道越多越好，但增加通道数也会增加示波器的价格。

您的应用场景将决定您需要选择具有两通道、四通道、六通道甚至八通道的示波器。例如，双通道示波器可用于比较元件的输入和输出。四通道示波器可比较更多信号，并提供更大的灵活性，方便您进行通道间的数学运算（例如，相乘得到功率信号，相减得到差分信号）。六通道或八通道示波器允许在电源相关环境中同时进行多总线分析，并可同时查看电压或电流类型的信号。

混合信号示波器增加了数字定时通道，这些通道指示高电平或低电平状态，并可以同时显示为总线波形。无论选择哪种通道，所有通道都应具有良好的量程、线性度、增益精度、平坦度和抗静电性能。

有些乐器为了节省成本，会在多个通道之间共享采样系统。但要注意：开启的通道数量越多，采样率可能越低。

兼容的示波器探头

良好的测量始于探头尖端。示波器和探头作为一个系统协同工作，因此在选择示波器时务必考虑探头。

进行测量时，探头实际上会成为电路的一部分，引入电阻、电容和电感负载，从而改变测量结果。为了最大限度地减少这种影响，最好使用专为您的示波器设计的探头。

选择带宽足够的无源探头。探头的带宽应与示波器的带宽相匹配。

多种兼容探头可以让您的示波器应用于更多领域。购买前请先查看您的示波器有哪些兼容探头。

无源探头：衰减倍数为10 倍的探头可为电路提供可控的阻抗和电容，适用于大多数接地参考测量。大多数示波器都包含此类探头——每个输入通道都需要一个。

高压差分探头：差分探头使接地参考示波器能够安全、准确地进行浮动和差分测量。每个实验室都应该至少配备一个。

逻辑探针：逻辑探针将数字信号传输到混合信号示波器的前端。它们包括带有附件的“飞线”，这些附件设计用于连接到电路板上的小型测试点。

电流探头：添加电流探头后，示波器不仅可以测量电流，还可以计算和显示瞬时功率。

示波器的触发功能

所有示波器都提供边沿触发功能，大多数还提供脉冲宽度触发功能。为了捕获异常信号并充分利用示波器的记录长度，请选择一款能够处理更复杂信号的高级触发功能的示波器。

可用的触发选项越多，瞄准镜的用途就越广泛（也能更快地找到问题的根本原因）：

· 数字/脉冲触发：脉冲宽度、短脉冲、上升/下降时间、建立和保持时间

· 逻辑触发

· 串行数据触发：嵌入式系统设计同时使用串行（I2C、SPI、CAN/LIN…）和并行总线。

· 视频触发

示波器记录长度

记录长度是指完整波形记录中的数据点数量。示波器能够存储的采样点数量有限，因此，一般来说，记录长度越长越好。

记录时间= 记录长度 / 采样率。因此，如果记录长度为 1 M 点，采样率为 250 MS/s，示波器将记录 4 毫秒的信号。如今的示波器允许您选择记录长度，以优化应用所需的细节级别。

例如，一个好的入门级示波器可以存储超过2000 个点，这对于稳定的正弦波信号（可能只需要 500 个点）来说绰绰有余，而更高级的高端示波器则拥有高达 1G 个点，这对于处理高速串行数据类型应用至关重要。 

示波器波形捕获率

波形捕获率，以每秒波形数(wfms/s) 表示，指的是示波器采集波形的速度。示波器的波形捕获率差异很大，因此找到适合您应用的示波器至关重要。

具有高波形捕获率的示波器能够更直观地展现信号行为，并显著提高示波器快速捕获瞬态异常（如抖动、短脉冲、毛刺和转换错误）的概率。

数字存储示波器(DSO) 采用串行处理架构，可捕获 10 至 5,000 波形/秒 (wfms/s) 的波形。一些 DSO 提供一种特殊模式，可将多个捕获的波形突发式地存储到长存储器中，从而暂时提高波形捕获速率，但随后会出现较长的处理死区时间，降低捕获罕见、间歇性事件的概率。

大多数数字荧光示波器(DPO) 采用并行处理架构，从而大幅提高波形捕获率。一些 DPO 仅需几秒钟即可采集数百万个波形，显著提高了捕捉间歇性和难以捉摸的事件的概率，使您能够更快地发现信号中的问题。 

示波器扩展性

随着您的需求变化，您需要一台能够通过应用模块和软件更新来满足您需求的示波器。

如果您希望日后扩展示波器的功能，请确保您的仪器具备所需的一切功能。例如，某些示波器允许您：

· 为通道增加内存以分析更长的记录长度

· 添加特定应用测量功能

· 利用全系列探头和模块，进一步增强示波器的强大功能。

· 使用流行的第三方分析和生产力工具

· 兼容Windows 的软件

· 添加配件，例如电池组和机架安装支架

示波器的连接性

分析完示波器测量数据后，您需要记录并分享您的发现。示波器的连接功能提供了高级分析能力，并简化了结果的记录和分享。

根据示波器的不同，您可能可以使用标准接口（GPIB、RS-232、USB 和以太网）、网络通信模块或高级功能，这些功能允许您：

· 您可以在示波器上创建、编辑和共享文档，所有操作均可在您特定的工作环境中完成。

· 访问网络打印和文件共享资源

· 访问Windows® 桌面

· 运行第三方分析和文档软件

· 连接到网络

· 接入互联网

· 发送和接收电子邮件