示波器怎麼選?數字示波器品牌與選購攻略

示波器是硬件研發、實驗和維修中用途最為廣泛、功能強大的測量儀器。它最基本的作用是把電子電路中的電信號轉換成可視化圖像,直觀地展現電信號的實時變化、周期性記錄。

本文延續瞭之前《如何打造自己的低成本電子實驗室?》一文,針對示波器做進一步的攻略:

先說說我的大概情況,雖然我已經做瞭10多年硬件開發,開發成型並實際應用的產和板卡也挺多瞭,會用示波器的基本功能也經常需要用到,用過模擬示波器,用過一兩千的國產數字示波器,也用過十多萬的泰克,但是對示波器的選擇其實挺模糊的,所以最近上網找瞭各種資料重新學習瞭一下,對示波器的基礎需求做瞭梳理,知道瞭為什麼有些示波器那麼貴,為什麼有的很便宜,我們一般工程師或者技術人員該怎麼選擇示波器?本文盡量通俗易懂地講明白重要的內容。

分為4部分來介紹:

  1. 示波器的作用
  2. 數字示波器的重要參數
  3. 品牌介紹與型號選擇

示波器的作用:

利用示波器能夠具體測試得到各種不同的電參數,如電壓、電流、頻率、相位等等,通過這些參數以及波形,又能分析到你所想要的目標結果,太高深的我們不去深究,就舉幾個經常用到的實用例子,相信各位同行都有同樣的經驗:

  • 案例一、模擬信號中通過電源的紋波來分析該電源的質量,有助於工程師來判斷紋波頻率、幅度,進而來設計針對性的改善方案:
  • 案例二、通過最為常用的觸發方式捕捉到數字波形來判斷簡單的通信協議,有助於在調試外設時,設備之間的邏輯關系,來判斷自己的軟件是否存在bug,並快速修復和驗證;數字示波器的存儲深度可以記錄一段時間內所有的波形,使得轉瞬即逝的電信號直觀的延展開來,也可以通過數據接口導出到電腦上做更進一步的數據分析:
  • 案例三、在維修電路板中定位故障信號,通過波形幅度異常,同一組信號中很快發現不正常的數字波形,找到瞭2根信號短路在一起,而這種用萬用表發現效率是很低的:

  • 案例四、信號完整性分析,大到高速信號質量的眼圖分析,小到一根信號線上的振鈴現象改善,改善前後通過示波器一目瞭然:

數字示波器的重要參數:

帶寬、采樣率、存儲深度、通道數、波形刷新率、時間軸寬度。

帶寬:是示波器的核心參數,決定瞭示波器的性能等級,大傢知道,示波器本身也是電子電路組成,電路上的元器件對頻率有一個響應范圍,一個示波器的性能越高,能處理的信號頻率越高,能捕捉到更高頻率的輸入信號。

而被測信號,往往是不同頻率疊加後的波形,如果示波器的帶寬很低,信號的高頻部分就會丟失,被測信號的波形就會失真。

帶寬的單位是(Hz),帶寬對應的是信號頻率。

示波器的帶寬和被測信號的頻率一般來講有個5倍關系,即100M采樣率的示波器,能檢測到的被測信號的最大頻率為20M。

采樣率:事實上我們看到的示波器上的波形,是一個個點連接起來組成的圖形,而這個點越密,則采樣率越高,波形越精準,道理挺簡單,放個圖看看就更加簡單,圖中靠上的都是原始波形,左邊隻有6個采樣點的情況下,失真很厲害,27個采樣點時,波形更接近原波形:

采樣率的單位是(Sa/s),其中Sa是sample的縮寫,整個意思就是每秒的采樣點數量,比如我們常說的采樣率為1G Sa/s的示波器,就是1秒鐘能采樣1G個采樣點的意思。

存儲深度:代表瞭一次可以連續記錄的信號點的數量,它影響瞭波形回放的分辨率,這個存儲深度當然是越大越好的,同樣的時間顯示單位下,存儲深度越大,波形越不容易失真。當然存儲深度越大,需要更大的存儲器,存下來的數據還要顯示到屏幕上,兼顧用戶體驗,所以對CPU的負荷也越高。

存儲深度這個參數的單位是(pts),是points的縮寫,意思就是采樣點,比如250Mpts,就代表瞭該示波器能存儲250M個點的數據。

通道數:名義上很好理解,就是你們能看到的示波器上探頭接入的數量,一般用用雙通道就夠瞭,高端示波器往往具備4通道或以上,還有混合通道,多路模擬+數字通道的配置,這種配置的示波器簡稱MSO,它在普通示波器功能基礎上實現瞭一定的邏輯分析功能。

波形刷新率:波形每秒鐘的刷新次數,示波器的屏幕刷新率一般就是幾十Hz,波形刷新率不等同於屏幕刷新率,示波器內部有波形合成,示波器上顯示的一幅圖像,實際上是有多幀波形合成,更高的波形刷新率不容易漏過那些突變的波形,帶來更真實的展示。

波形刷新率的單位是(wfms/s),意思就是每秒能刷新的波形數量。

示波器品牌、型號介紹:

先附上一個國外大神整理的鏈接,記錄瞭大量示波器的參數,感謝他的貢獻,例圖就是一部分示波器的詳細核心參數,非常直觀:

Tektronix:全球數字示波器的領導者,泰克的每一臺示波器都有泰克自主開發的ASICs芯片,70多年的行業經驗,從開發到生產工藝到可靠性測試,專業的代名詞。大傢想一想,電子行業有很多復雜的電磁幹擾環境,如果示波器這種計量設備本身不可靠,那麼測試出來的結論也是不精確的。另外是易用性,泰克的示波器操作比較簡單,新手也比較能快速上手。

選泰克的示波器的大部分是企業或科研實驗室用戶,品質好,價格也不是那麼友好,基礎款就沒必要選泰克的,性價比不高;盡量選帶有混合通道,有數據分析能力的型號:

型號:MSO2024B
帶寬:200MHz
采樣率:1G Sa/s
存儲深度:1M pts
通道數:4模擬通道+16數字通道
帶有邏輯分析功能

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