【導(dǎo)讀】通俗的講，示波器就是通過波形描述信號的儀器。本文幾種為大家講述用軟件運(yùn)行示波器的技巧以及遠(yuǎn)程控制、快速傅立葉變換、數(shù)字解碼和緩存大小等知識點(diǎn)，希望大家能夠快速掌握示波器的相關(guān)知識。
一、儲存深度
一個數(shù)字示波器進(jìn)行ADC采樣并且將這些采集到的數(shù)據(jù)儲存在一些儲存器里。一個重要的特征是它能夠儲存多少樣本。這個是很值得注意的---有5GS/s，也就是有1百萬個樣本--200μs的數(shù)據(jù)。如果你想要一臺低損耗的示波器，就應(yīng)該知道的是它們一般都是只有很小的緩存空間的。在網(wǎng)上你可以看到一款這樣的示波器DSO5202P，它有1GS/s 的采樣率但是只賣400美元，因?yàn)樗挠涗涢L度為24KS而已，也就是只有24μs的數(shù)據(jù)。你也可以發(fā)現(xiàn)有更小的緩存的，例如一款TDS2000C就只有2.5K的記錄長度。如果你只是想要觀察觸發(fā)信號，那你可以用小緩存的示波器。不幸的是，當(dāng)它出現(xiàn)故障并無法呈現(xiàn)完美的觸發(fā)的時候，你可能會需要做一系列的“檢查”。小的緩存意味著在你很難去獲得你想要的信號。
就算有一些廣告宣稱的緩存很大，但是我們想要獲得全部的緩存還是不可能的。PS6403D示波器宣稱是1GS的儲存空間，這看起來是一個最大的可用空間，而且在電腦上的軟件里也是可以讀取到這些參數(shù)，但是實(shí)際上的緩存也就500MS左右。我猜它還是工作一般是在5GS/s的，就算它的建議的是40GS/s。借助于段存儲器（這個將來會介紹）就有可能使用到全部的緩存，但是它不能記錄一個持續(xù)的1GS的記錄。
二、快速傅立葉變化（FFT）長度
示波器的廣告總會在間接地提到它們有“頻譜分析儀”的能力。事實(shí)上，這些示波器做的是展示測量信號的快速傅立葉變換（FFT）。一個微妙的區(qū)別是頻譜分析儀有一個“中心頻率”，你可以在中心頻率的一側(cè)測量實(shí)際帶寬。通過掃描中心頻率，你可以得到頻率系統(tǒng)中一個非常大范圍內(nèi)功率的圖表。
運(yùn)用示波器的快速傅立葉變換的模式，沒有什么類似于中心頻率的東西。取而代之的是你會一直測量從0Hz到某個限定的頻率（這個往往是可以調(diào)節(jié)的）。這個限制往往是示波器的采樣頻率的一半，但是也會受示波器的模擬帶寬的限制。示波器一般會有一個叫做“FFT長度”的參數(shù)，它用來表示多少個被計(jì)算在“FFT”中的點(diǎn)的參數(shù)。這個也可以定義在輸出的圖表中為“bins”的數(shù)字（例如水平頻率）。一般的臺式示波器也許會有一個非常有限的FFT長度，像那些只有2048個點(diǎn)的示波器。這個可以看得到0-100MHz 的所有頻率，但是如果你想要上升到95-98MHz這個范圍呢？雖然示波器也是計(jì)算從0MHz開始進(jìn)行FFT，但是它在這個范圍只有大約60個點(diǎn)。這里就非常清楚地說明了你為什么需要一個非常長的FFT長度—它可以讓信號上升并且還可以有準(zhǔn)確的結(jié)果。你可以降低示波器的采樣率到0Hz附近。所以，舉個例子，如果你想要在1-10KHz的范圍內(nèi)可以正確地放大，這將不會是什么難題了，因?yàn)槟憧梢越档褪静ㄆ鞑蓸勇剩@樣的話2048個點(diǎn)就可以在大約1-20KHz的范圍內(nèi)顯示，當(dāng)你放大波形的時候你可以得到正確的細(xì)節(jié)。
另外，為了提高水平的細(xì)節(jié)，更長的FFT長度可以降低噪聲。如果你想要把示波器當(dāng)作是頻譜分析儀，那么長的FFT長度將助你一臂之力。就像在圖1中顯示的那樣，是用控制板的磁性探頭來進(jìn)行FFT。在這里我放大了頻譜的一部分，左邊是2048個點(diǎn)的，右邊有131072個點(diǎn)。
圖1 不同F(xiàn)FT長度的頻譜分析對比圖
這里有一個選擇的組合：非常低損耗的有小的數(shù)據(jù)儲存能力的示波器配合非常小的FFT長度。但是也有一些用比較大的儲存深度的示波器，它們也只用了更小的FFT長度，例如DS2000DS4000DS6000，根據(jù)他們的網(wǎng)站的一個文件，它們只用了2048個點(diǎn)，而沒有考慮到它們擁有的大緩存（131MS）。PC示波器看起來是最好的，因?yàn)樗鼈兛梢栽诟痈咝阅艿腜C上做FFT分析，而不是僅僅局限于一個嵌入式的數(shù)字信號處理器或者是一個現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）。比如說，pico的6403D就允許FFT的長度達(dá)到1048576個點(diǎn)。[page]
三、段存儲器
一個 “必須擁有”的性能特征是段存儲器。這就意味著你可以設(shè)定示波器去在某一特定的位置觸發(fā)，并且它可以記錄某一固定長度的波形。因?yàn)殄e誤只是偶然的，這里可以提高你發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在出錯的時候發(fā)生的一些細(xì)節(jié)的變化。
圖2中顯示的是一個在pico軟件上的段存儲器閱讀器，緩存的數(shù)字最高可以設(shè)置到10000，同樣的功能在DS4000和DS6000中也存在，它們的叫法是每部分叫做“段”，它們最多可以記錄200000段。一旦你有了段的數(shù)目，你可以手動地去尋找錯誤，或者是用mask limit測試去點(diǎn)亮不同的出錯的“段”。
圖2 段存儲器顯示窗口
一般的示波器都會把段存儲器作為一個附件，只有安捷倫的3000系列的才默認(rèn)增加了段存儲器的功能；另外的類似的會要求你另外用800美元來購買這個功能。四、遠(yuǎn)程監(jiān)控和流模式
一個更加先進(jìn)的做法是在你的電腦里控制示波器。如果你想要把示波器用在電器維修上，那你就需要認(rèn)真地考慮一下示波器可以提供的不同的功能。
PC示波器有一個很值得注意的優(yōu)點(diǎn)是它們一直以來都為了設(shè)計(jì)來連接電腦的。似乎大多數(shù)好的供應(yīng)商的示波器都有各種語言的應(yīng)用編程接口：我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大部分PC示波器應(yīng)用于C, C#, C++, MATLAB, Python, LabVIEW和Delphi。一些沒有名稱的PC示波器是沒有API函數(shù)的，所以你要根據(jù)你的設(shè)備來仔細(xì)核對一下。
大部分的臺式示波器也有可以發(fā)指令的功能，一般會有用到VISA標(biāo)準(zhǔn)。但是，我發(fā)現(xiàn)這些臺式示波器似乎都有一個比PC示波器更慢的接口。也許是因?yàn)榻涌谑亲鳛镻C示波器的主要功能表現(xiàn)的關(guān)鍵而臺式示波器只是將接口作為一個附加的功能。這說法也不是百分之百成立的，比如說一款Teledyne LeCroy的示波器，它似乎可以提供給你一些類似于PC示波器的功能（如多重窗口）。
除了控制示波器，另一個讓人感興趣的功能是流模式。流模式的數(shù)據(jù)是不會下載到一個內(nèi)部存儲器中，而是直接地從PC接口借助usb接口或者是以太網(wǎng)流過。這個功能是用于簡單的PC控制，因?yàn)橥ㄟ^USB接口獲取快速的數(shù)據(jù)流是很重要的。但是，使用流模式激活了很多更加好玩的特性，例如，你可以把你的示波器當(dāng)作是單數(shù)據(jù)速率的一部分。如果你真的想運(yùn)用流模式，請務(wù)必要仔細(xì)地閱讀說明書上關(guān)于流模式的限制的說明。
五、串行解碼
串行解碼是另一個有用的特征。如果你有一臺數(shù)字邏輯分析儀，那么它一般都會包括了串行解碼的功能。但是，在示波器中，這個功能也是非常有用的。當(dāng)你在追蹤一個偶然的錯誤的時候，你可以用示波器上的模擬顯示來觀察這個是否只是一個簡單的微弱的或者是錯誤的信號。
雖然很多示波器都帶有這樣的功能，但是很多是要求你另外購買的。而標(biāo)準(zhǔn)的PC示波器將會免費(fèi)包括它在里面，臺式示波器會要求你另外付款。比如，在DS4000系列中，它要500美元，在安捷倫3000X系列中，要800美元，在泰克的3000系列中，需要1100美元。根據(jù)不同的供應(yīng)商，它可能包括多個協(xié)議或者只是包括一個協(xié)議。但是如果你想要所有的協(xié)議，它可能會花費(fèi)得比你的示波器的價格還要高。購買一個PC示波器邏輯分析儀會比購買一個示波器軟件的組件要便宜一點(diǎn)。
這是我選擇PC示波器的理由：額外的功能不需要額外的費(fèi)用！除了用解碼你可以觀察信號或者觀察它是否有錯，有內(nèi)部的解碼功能你可以很快地辨別出錯誤發(fā)生的準(zhǔn)確的時間。
六、軟件特征
我已經(jīng)好幾次在前面提到軟件，但是你應(yīng)該檢查一下軟件真正包括了哪些功能特征。你也許會驚訝地發(fā)現(xiàn)一些需要付費(fèi)的功能—甚至是一些添加FFT的模式或者是一些“先進(jìn)數(shù)學(xué)計(jì)算”的特征都需要付款。
想要在臺式示波器上以一個合理的價格來獲取所有的功能是一個基本的要求。在我早些時候就提過，安捷倫最近就聲稱他們將會在一個價格里面包括所有的功能。一旦這個實(shí)現(xiàn)了，那么久意味著它真的就只要500到1500美元就可以有支持所有協(xié)議的解碼功能和所有的數(shù)字特征。慶幸的是，其他的供應(yīng)商將會跟隨著這個，也許最后會在購買價格里面包括這些功能。
在你考慮PC示波器的時候，一般你都可以下載軟件并免費(fèi)使用它，這并不需要你有一臺設(shè)備。這可以讓你覺得用戶接口是多么的完美。考慮到你將要在用戶接口中花費(fèi)多少時間，這一點(diǎn)你最好要知道。
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