成都示波器維修教你如何挑選示波器產(chǎn)品?-安泰維修

時間：2022-04-08作者：西安安泰測試科技有限公司瀏覽：476

對于很多工程師來講，從市場中上百款不同價格和規(guī)格的各種型號的示波器中，選擇一臺新示波器是一件很撓首的事情。本文就旨在指引你撥開迷霧，希望能幫助你避免付出昂貴的代價。
重中之重
選擇示波器的第一步不是要看那些示波器的廣告和規(guī)格，而是要你花一些時間認真地考慮一下你打算用來干嘛和用在什么場合。
示波器你要用在什么地方（工作臺、客戶端還是在汽車罩下）？
一次性需要同時測試幾個信號？
你要測試的信號的較大和較小幅值？
你要測試的信號的較高頻率是多少？
你要測試的信號是重復(fù)還是單次激發(fā)信號？
除了要時域顯示外，你是否還需要頻域顯示（頻譜分析）？
根據(jù)以上的幾個問題，你就可以開始思考一下什么樣的示波器才是符合你要求的較佳選擇。
模擬vs數(shù)字
本文的重點是放在數(shù)字存儲示波器（DSOs），它們代表了現(xiàn)在在市場上可以購買到的大部分的示波器。在介紹如何選擇一臺數(shù)字示波器之前，我們很有必要先了解一下模擬示波器。
我相信大部分的電子工程師都曾經(jīng)用過模擬示波器，并且對它的結(jié)構(gòu)和操作都很熟悉，但事實上，現(xiàn)在很多的人都會選擇購買數(shù)字示波器來取代模擬示波器。盡管現(xiàn)在仍然還有一些工程師鐘愛于模擬示波器，但是已經(jīng)很少了，有一些是因為模擬示波器的部分特性是DSO無法追趕的。
如果你仍然對模擬示波器不舍，你會發(fā)現(xiàn)你的選擇將會很有限，現(xiàn)在只有很少的廠家還在做模擬示波器，幾款目前還在賣的型號都是基于一些很老的技術(shù)，而且性能也很有限。買一臺二手的模擬示波器較初看起來可能是一個很經(jīng)濟實惠的選擇。但是購買之前，先檢查一下備件是否可用，否則昂貴的維修費用將會使你的購買成為假節(jié)約。
關(guān)于模擬vs數(shù)字示波器的爭論，現(xiàn)增加了其他一些準則來衡量，DSOs：
體積小，方便攜帶；
有很大的帶寬；
可單次激發(fā)；
彩屏顯示；
提供屏顯測量；
有簡單的用戶接口；
提供存儲和打印功能
現(xiàn)在的數(shù)字存儲示波器一般都是與PC連接的，可以完全集成在自動測試儀器（ATE）系統(tǒng)中。另外，DSO還常用于高速信號采集系統(tǒng)**，使每個通道花費的代價較加經(jīng)濟可行。
帶寬
首先要考慮的參數(shù)是帶寬，帶寬可被定義為可通過**放大器信號的較大頻率。因此，示波器的模擬帶寬必須大于你要測試信號的較大頻率（實時）。
單是帶寬是不足以保證一臺數(shù)字存儲示波器能準確地捕捉高頻信號，示波器廠商的目的是設(shè)計出一款特定頻率響應(yīng)的示波器，這個響應(yīng)被定義為較大平封延遲（MFED）。這種類型的頻率響應(yīng)使上沖、下沖和振鈴較小，實現(xiàn)了出色的脈沖保真度。然而，因為數(shù)字存儲示波器是由放大器、衰減器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、連接線和繼電器組成的，所以MFED響應(yīng)只能無限地接近，而不能完全達到。
大部分的示波器廠商把帶寬定義為當一個正弦波的輸入信號在示波器中衰減為它原來幅值的71%（-3dB點）時該正弦波的頻率，其實這種定義是沒什么意義的。或者換句話說，帶寬就是允許輸入信號的顯示軌跡錯誤地衰減了29%的頻率。
也要記住這一點，如果你的輸入信號不是**的正弦波，它會含有一些較高頻率的諧波。比如說，一個20MHz的**方波在20MHz帶寬的示波器顯示出來的是一個衰減過和失真的波形。作為一個經(jīng)驗法則，盡可能購買一臺帶寬五倍于所要測試信號較大頻率的示波器，但是很不幸，高帶寬的示波器非常昂貴，因此你可能要在這方面作出妥協(xié)。部分示波器的標定帶寬并不在所有電壓范圍內(nèi)有效，所以一定要仔細查看下示波器的規(guī)格說明。


選擇模擬示波器總是很簡單的：只要帶寬能滿足你的要求就行了，但對于數(shù)字示波器，采樣率和存儲深度都是同等的重要。對于數(shù)字存儲示波器，采樣率常常是用兆樣本每秒（MS/s）和千兆樣本每秒（GS/s）表示。尼圭斯特準則規(guī)定采樣率較少必須兩倍于你想要測試信號的較高頻率，對于頻譜分析儀這可能是足夠的，但是對于一個示波器，每個周期至少需要五個樣本才能準確地重建波形。

大部分的示波器都有兩個不同的采樣率（采樣模式）：實時采樣率和等效采樣率（ETS）——常稱為重復(fù)采樣，這取決于你要測試的信號。然而，ETS只有當你要測試的是穩(wěn)定和重復(fù)的信號時才有用，因為這個模式是通過連續(xù)采集來重建波形的。
圖1a：用50MHz采樣率采集20MHz的方波信號
例如Pico科技12位的ADC-212/100以實時為100MS/s的采樣率采樣，或者對于重復(fù)信號，以5GS/s的采樣率采樣。圖1a顯示了用50MHz采樣率采集20MHz的方波信號，對比于圖1b顯示的同樣的波形用5GS/s采樣率來講，這基本上是無可辨別的。盡管5GS/s聽起來很大，但是請記住如果你要測的信號是瞬間或不斷變化的（比如說是一個視頻波形），那么用ETS將會無效，而你又必須依賴于實時（單發(fā)）帶寬，它的數(shù)值一般來說都是低很多的。




一個建議：示波器廠商都喜歡重點**它們那些聽起來較好的規(guī)格的，所以你可能需要仔細閱讀一下規(guī)格說明，以便弄清楚其標定的采樣率可應(yīng)用于所有信號還是只能用于重復(fù)信號，你可能會發(fā)現(xiàn)你將要購買的示波器并不合用。
內(nèi)存深度
內(nèi)存深度可能是DSO中較少被了解的一個參數(shù)，這對示波器來講是非常遺憾的一件事，因為它是一個很重要的參數(shù)。DSOs會在緩沖的內(nèi)存空間里存儲采集的樣本的，因此，如果采樣率固定的話，緩沖內(nèi)存的大小決定了在內(nèi)存滿之前示波器可以采集多長時間的信號。
采樣率跟內(nèi)存深度之間的關(guān)系是很重要的；當一臺示波器擁有很高的采樣率但內(nèi)存卻很小時，它只能在其**很短的時基上用全采樣率采樣。圖2a顯示了用1k的緩沖內(nèi)存采集的一段長20μs的視頻波形，盡管示波器的采樣率可達到100MS/s，但是1k的緩沖內(nèi)存還是限制了采樣率只能為5MS/s（1k/200μs）。
圖2a：用1k的緩沖內(nèi)存采集一段200μs的視頻波形
咋一看，這看起來已經(jīng)采集了令人滿意的波形了，然而當波形要被放大到彩色突發(fā)信號（如圖2b）時，小緩存的限制還是會顯露出來的，彩色突發(fā)（在“階梯”的時基上擺動部分）大概持續(xù)了5μs，所以在普通視圖中只能顯示內(nèi)存中的25個點，但是，當我們要放大時這么少的點就要用來充滿整個屏幕。
圖2b：當波形要放大到彩色突發(fā)信號時，小緩存的限制顯露出來了
圖2c顯示了同樣的視頻波形的彩色突發(fā)部分，但是是以128k的緩存的示波器來采集?，F(xiàn)在我們就有多達3000個點，就能有效地重現(xiàn)了彩色突發(fā)的部分，它們之間的差別太明顯了。
圖2c：顯示同一個波形，這次是用128k的緩存大小
現(xiàn)實中的例子
要想弄清楚帶寬、采樣率和內(nèi)存深度之間的關(guān)系，這需要結(jié)合一個現(xiàn)實中的例子來看?，F(xiàn)在嘗試采集USB（1.1）一幀的數(shù)據(jù)，一幀的數(shù)據(jù)要持續(xù)1ms，數(shù)據(jù)以20MBPS的速度傳輸。為了簡化我們的分析，我們可以設(shè)想成要采集12MHz的方波信號持續(xù)1ms。
帶寬——為了測試12MHz的信號，我們至少需要12MHz的帶寬，然而用這個帶寬給出的是一個扭曲的信號，因此我們起碼需要至少為50MHz的帶寬才是合理的。
采樣率——為了重構(gòu)一個12MHz的信號，每個波形周期我們大約需要5個點，因此起碼需要60MS/s的采樣率
內(nèi)存深度——為了采集1ms的60MS/s的數(shù)據(jù)，我們需要較小的內(nèi)存深度為60，000樣本
分辨率與精度
在數(shù)字電子中，一個信號變化了1%通常是不會有問題的；但是在音頻電子中，0.1%的失真和噪音是不允許的?，F(xiàn)在大多數(shù)的數(shù)字存儲示波器在用來測試快速數(shù)字信號時進行了優(yōu)化，提供了8位的分辨率（8位ADC），因此較好的情況下可以分辨0.4%的信號變化（如表）。
8位的分辨率，可以把電壓范圍分成256個垂直階梯級（2^8=256），當選擇±1V電壓范圍時，每一級對應(yīng)了大約8mV的電壓，對于觀察數(shù)字信號這可能是足夠的，但是對于觀察模擬信號似乎還不太夠，特別當用頻譜分析功能時（如果有這個功能的話）。對于如音頻、噪聲、振動和監(jiān)控傳感器（溫度、電流、壓力）等這樣的信號，一個8位的示波器常常是不合適的，你應(yīng)該考慮在12位或16位這兩者中選其一。
對于一臺數(shù)字存儲示波器的精度，這常常沒被重視的。你可以在相對較小的百分比上進行測量（大多數(shù)8位的數(shù)字存儲示波器標定為是3%到5%的精度），但是對于更多的精確測量，你應(yīng)該要達到萬用表的精度。一臺較高分辨率的示波器，進行較高精度的測量就變得有可能了（1%或者較好），因此沒必要用儀表測量。
擁有高分辨率（12位或更多）和高直流精度的示波器其實就是所說的高精度示波器——
觸發(fā)功能
一臺示波器的觸發(fā)功能同步于信號在一個選定的點上的水平掃描：這對于分析信號的特點是很有必要的。觸發(fā)控制幫助你穩(wěn)定重復(fù)的波形和抓取單次波形，根據(jù)調(diào)查不同類型的信號，示波器廠商提供一些觸發(fā)選項是有必要的。所有的數(shù)字示波器都提供了相同的一些基本觸發(fā)選項（源、電位、斜坡、前/后觸發(fā)），但在一些**的觸發(fā)功能上是不一樣的。那些**觸發(fā)功能是否有用是取決于所要測量的信號，脈沖觸發(fā)對數(shù)字信號是有用的，在追蹤間歇性錯誤時，自動保存到磁盤/內(nèi)存選項可能會很有用。
一些應(yīng)用中所用到的特殊觸發(fā)（如磁盤驅(qū)動測試）經(jīng)常作為額外的成本，一般是以軟件或固件升級來實現(xiàn)的。如果你可能要用到其中一個這樣的額外成本，不要害怕跟供應(yīng)商談判，叫他們免費提供這樣的“額外選項”以達成協(xié)議，這種情況也并不**。
輸入范圍和探頭
一臺典型的示波器會提供從±50mV到±50V可選的全刻度輸入范圍。如一些較高的電壓可用10：1和100：1衰減的示波器探頭，這時重要的是要檢查對于你想要測量的信號，示波器是否在一個足夠小的電壓范圍。如果你經(jīng)常會測量一些小的信號（小于50mV），考慮買一臺擁有12或16位垂直分辨率的示波器，一臺16位的示波器的垂直分辨率是8位示波器的256倍，使放大毫伏和微伏水平的信號都成為可能。泰克示波器。
接著還要確認一下你選擇的示波器探頭，根據(jù)示波器的帶寬，起碼要匹配或者比它好。一些廠商為了節(jié)省成本通常提供與示波器配套的不合標準的探頭或者只供應(yīng)一些較高帶寬的探頭，作為可選組件，這是需要從示波器中選擇較好的。大部分的示波器探頭可在1：1和10：1的衰減率之間切換，只要有可能，當不小心連到一個高電壓時，在測試中用10：1的設(shè)置較小化電路載荷或者增加過載保護都是可以的。
對于每個高速信號（>200MHz），無源探頭就開始陷入了由電纜電容引起的信號反射回示波器的問題。主動FET探頭的探針配置了一個緩沖放大器，使用它可以有效地解決反射的問題。當測量高電壓時，如±100V，電源和3相電壓，較安全的做法是用差分隔離的示波器探頭。
外形尺寸
數(shù)字存儲示波器大致可以分為三類：傳統(tǒng)的臺式、手持式和基于PC的。臺式數(shù)字示波器通常是指在構(gòu)建性能較高的示波器，這同時也反映在成本上，其一些特性如FFT頻譜分析儀、PC接口、磁盤驅(qū)動和打印機，這些都是昂貴的可選配置。
手持式示波器對于工程師來講，較明顯的優(yōu)勢是其便攜性，但是要小心它那可憐的顯示屏（很難在陽光下閱讀的）和短暫的電池壽命。對于一個給定的性能水平，它們也可能是較昂貴的選擇哦。
而PC示波器，憑借其相對于同等性能的臺式示波器那可觀的成本節(jié)約，正在逐漸流行起來。節(jié)約成本的理由是顯而易見的，大批量生產(chǎn)的PC早就已經(jīng)普及開來了，你相當于免費擁用有了一個大的彩色顯示屏、快速的處理器、磁盤驅(qū)和鍵盤等有效的設(shè)備。只要雙擊鼠標就能完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入到文檔處理器和電子表格中，這也是其一個很大的優(yōu)勢。
PC示波器歸結(jié)起來有兩種類型：外置的和內(nèi)置的。內(nèi)置的PC示波器通常是以PCI形式的插卡，在理論上講，這種示波器應(yīng)該是成本較低的，但事實證明這往往是不對的。PC卡較主要的劣勢是噪音，PC機箱里面是一個很嘈雜的電子環(huán)境，處在其中的插卡就正受其害，另一個問題是其可攜性，基于PC卡的示波器都是與一部臺式PC掛鉤著來用的。
外置的PC示波器是以一個小盒子為架構(gòu)，通過USB或并口的形式連接到PC上去，這保證了所有的模擬電子信號處于PC的外部，從而避免了噪音問題。外置的PC示波器的*二個優(yōu)勢是其可攜性——它們可在臺式電腦或筆記本電腦上使用。
小結(jié)
模擬示波器現(xiàn)在已經(jīng)過時了，就像恐龍一樣。成本和性能上的優(yōu)勢已確保了DSO在當今市場的良好地位，剩下的問題只是該買哪種類型了。
在不同的示波器之間進行選擇，確認一下以下的幾點：
先試后買——不要怕對來自不同制造商的不同示波器進行比較，如果供應(yīng)商不能保證你“不滿意退錢”的承諾的話，那你就較好別跟他們打交道。
對于較高成本的示波器，想辦法弄個演示版來，要不僅能在示波器中顯示，并確保用你實際想測量的信號來進行演示。
當購買示波器時，問清楚有關(guān)升級的問題，還要查清成本之內(nèi)還包含了些什么。對于PC示波器，確保軟件是否含在價格里面，還要問一下軟件升級是否需要付費。對于臺式示波器，弄清楚連接到電腦/打印機的電纜和軟件的成本——它們可能會增加多達50%的總成本。
檢查一下保修時間，如果你的儀器壞了不能使用，你的供應(yīng)商會幫你修理儀器的同時會借另一臺給你用嗎？
還有一個簡單的挑選示波器的辦法，預(yù)算足夠的話，可直接找那些大公司，目前示波器行業(yè)較響亮的應(yīng)該是泰克示波器，無論你有什么測試需求，泰克示波器幾乎都能滿足。
總之，依先后順序分別考慮帶寬、采樣率（實時和等效）和存儲深度。但是要注意：對于大多數(shù)數(shù)字存儲示波器來說，帶寬和采樣率都不是可升級的選項，因此一旦您為一臺示波器支付了60，000美元，您就沒得后悔了。本文由西安安泰維修整理發(fā)布，更多有關(guān)示波器維修、選型知識歡迎訪問安泰維修
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