示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對復雜的儀器。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法。

一、示波器工作原理

示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X 軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y 軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源組成。

1、示波管

陰極射線管（CRT）簡稱示波管，是示波器的核心。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。正如圖 1 所示，電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個完整的示波管。

（1）熒光屏

現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。

當電子停止轟擊后，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的 10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于 10μs 為極短余輝，10μs—1ms 為短余輝，1ms—0.1s 為中余輝，0.1s-1s 為長余輝，大于 1s 為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。

由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護人的眼睛。

（2）電子槍及聚焦

電子槍由燈絲（F）、陰極（K）、柵極（G1）、前加速極（G2）（或稱第二柵極）、第一陽極（A1）和第二陽極（A2）組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。

柵極是一個頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。

如果柵極電位過低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調(diào)節(jié)電路中的 W1 電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達到調(diào)節(jié)亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極 G2 與 A2 相連，所加電位比 A1 高。G2 的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。

電子束從陰極奔向熒光屏的過程中，經(jīng)過兩次聚焦過程。第一次聚焦由 K、G1、G2 完成，K、K、G1、G2 叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在 G2、A1、A2 區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽極 A2 的電位，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點，這是第二次聚焦。A1 上的電壓叫做聚焦電壓，A1 又被叫做聚焦極。有時調(diào)節(jié) A1 電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調(diào)第二陽極 A2 的電壓，A2 又叫做輔助聚焦極。

（3）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖 8.1 中，Y1、Y2 和 Xl、X2 兩對互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。Y 軸偏轉(zhuǎn)板在前，X 軸偏轉(zhuǎn)板在后，因此 Y 軸靈敏度高（被測信號經(jīng)處理后加到 Y 軸）。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。

2、示波管的電源

為使示波管正常工作，對電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極 G1 相對陰極為負電位（—30V~—100V），而且可調(diào)，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。第一陽極為正電位（約+100V~+600V），也應可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié)。

第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓（約+1000V），相對于地電位的可調(diào)范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。

二、示波器的基本組成

從上一小節(jié)可以看出，只要控制 X 軸偏轉(zhuǎn)板和 Y 軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個電子信號是時間的函數(shù) f（t），它隨時間的變化而變化。因此，只要在示波管的 X 軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓，在 y 軸加上被測信號（經(jīng)過比例放大或者縮?。?，示波管屏幕上就會顯示出被測信 號隨時間變化的圖形。電信號中，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波。

它由示波管、Y 軸系統(tǒng)、X 軸系統(tǒng)、Z 軸系統(tǒng)和電源等五部分組成。

被測信號①接到“Y“輸入端，經(jīng) Y 軸衰減器適當衰減后送至 Y1 放大器（前置放大），推挽輸出信號②和③。經(jīng)延遲級延遲Г1 時間，到 Y2 放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號④和⑤，加到示波管的 Y 軸偏轉(zhuǎn)板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將 Y 軸的被測信號③引入 X 軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號的正（或者負）極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動鋸齒波掃描電路（時基發(fā)生器），產(chǎn)生掃描電壓⑦。

由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證 Y 軸信號到達熒光屏之前 X 軸開始掃描，Y 軸的延遲時間Г1 應稍大于 X 軸的延遲時間Г2。掃描電壓⑦經(jīng) X 軸放大器放大，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的 X 軸偏轉(zhuǎn)板上。z 軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進行抹跡。

以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開關將 Y 軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺暫留作用，當轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后，看到的是兩個穩(wěn)定的、清晰的信號波形。

示波器中往往有一個精確穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器，供校驗示波器用。

三、示波器使用

本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類、型號很多，功能也不同。數(shù)字電路實驗中使用較多的是 20MHz 或者 40MHz 的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節(jié)不針對某一型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實驗中的常用功能。

1、熒光屏

熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關系。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為 10 格，垂直方向分為 8 格，每格又分為 5 份。垂直方向標有 0％，10％，90％，100％等標志，水平方向標有 10％，90％標志，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數(shù)使用。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當?shù)谋壤?shù)（V／DIV，TIME／DIV）能得出電壓值與時間值。

2、示波管和電源系統(tǒng)

（1）電源（Power）

示波器主電源開關。當此開關按下時，電源指示燈亮，表示電源接通。

（2）輝度（Intensity）

旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些。一般不應太亮，以保護熒光屏。

（3）聚焦（Focus）

聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。

（4）標尺亮度（Illuminance）

此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中，可適當調(diào)亮照明燈。

3、垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)

（1）垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇（VOLTS／DIV）和微調(diào)

在單位輸入信號作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對 X 軸和 Y 軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為 cm/V，cm／mV 或者 DIV／mV，DIV／V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是 V／cm，mV／cm 或者 V／DIV，mV／DIV。實際上因習慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當靈敏度。

蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關。一般按 1，2，5 方式從 5mV／DIV 到 5V／DIV 分為 10 檔。波段開關指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關置于 1V／DIV 檔時，如果屏幕上信號光點移動一格，則代表輸入信號電壓變化 1V。

每個波段開關上往往還有一個小旋鈕，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關所指示的值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后，會造成與波段開關的指示值不一致，這點應引起注意。許多示波器具有垂直擴展功能，當微調(diào)旋鈕被拉出時，垂直靈敏度擴大若干倍（偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍）。例如，如果波段開關指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是 1V/DIV，采用×5 擴展狀態(tài)時，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是 0.2V／DIV。

在做數(shù)字電路實驗時，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V 信號的垂直移動距離之比常被用于判斷被測信號的電壓值。

（2）時基選擇（TIME／DIV）和微調(diào)

時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關實現(xiàn)，按 1、2、5 方式把時基分為若干檔。波段開關的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值。例如在 1μS／DIV 檔，光點在屏上移動一格代表時間值 1μS。

“微調(diào)”旋鈕用于時基校準和微調(diào)。沿順時針方向旋到底處于校準位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關所示的標稱值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，則對時基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴展狀態(tài)。通常為×10 擴展，即水平靈敏度擴大 10 倍，時基縮小到 1／10。例如在 2μS/DIV 檔，掃描擴展狀態(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于

2μS×（1/10）=0.2μS

TDS 實驗臺上有 10MHz、1MHz、500kHz、100kHz 的時鐘信號，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生，準確度很高，可用來校準示波器的時基。

示波器的標準信號源 CAL，專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如 COS5041 型示波器標準信號源提供一個 VP-P=2V，f=1kHz 的方波信號。

示波器前面板上的位移（Position）旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕（標有水平雙向箭頭）左右移動信號波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕（標有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形。

4、輸入通道和輸入耦合選擇

（1）輸入通道選擇

輸入通道至少有三種選擇方式：通道 1（CH1）、通道 2（CH2）、雙通道（DUAL）。選擇通道 1 時，示波器僅顯示通道 1 的信號。選擇通道 2 時，示波器僅顯示通道 2 的信號。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道 1 信號和通道 2 信號。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起。

根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關。此開關撥到“×1”位置時，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關撥到“×10”位置時，被測信號衰減為 1／10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以 10 才是信號的實際電壓值。

（2）輸入耦合方式

輸入耦合方式有三種選擇：交流（AC）、地（GND）、直流（DC）。當選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置。直流耦合用于測定信號直流絕對值和觀測極低頻信號。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數(shù)字電路實驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測信號的絕對電壓值。

5、觸發(fā)

第一節(jié)指出，被測信號從 Y 軸輸入后，一部分送到示波管的 Y 軸偏轉(zhuǎn)板上，驅(qū)動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動；另一部分分流到 x 軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)掃描發(fā)生器，產(chǎn)生重復的鋸齒波電壓加到示波管的 X 偏轉(zhuǎn)板上，使光點沿水平方向移動，兩者合一，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形。

由此可知，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號波形，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的。

（1）觸發(fā)源（Source）選擇

要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)（INT）、電源觸發(fā)（LINE）、外觸發(fā) EXT）。

內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道 1 或者通道 2 都可以選作觸發(fā)信號。

電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效。

外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應具有周期性的關系。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關。

正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關系。例如在數(shù)字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對于一個具有復雜周期的信號，且存在一個與它有周期關系的信號時，選用外觸發(fā)可能更好。

（2）觸發(fā)耦合（Coupling）方式選擇

觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定、可靠。這里介紹常用的幾種。

AC 耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā)，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮 DC 分量時使用這種耦合方式，以形成穩(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于 10Hz，會造成觸發(fā)困難。

直流耦合（DC）不隔斷觸發(fā)信號的直流分量。當觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時，使用直流耦合較好。

低頻抑制（LFR）觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制；高頻抑制（HFR）觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步（TV）觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會。

（3）觸發(fā)電平（Level）和觸發(fā)極性（Slope）

觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測信號同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降。當電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā)。當信號波形復雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑（HoldOff）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間），能使掃描與波形穩(wěn)定同步。

極性開關用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時，在信號減少的方向上，當觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點。

6、掃描方式（SweepMode）

掃描有自動（Auto）、常態(tài)（Norm）和單次（Single）三種掃描方式。

自動：當無觸發(fā)信號輸入，或者觸發(fā)信號頻率低于 50Hz 時，掃描為自激方式。

常態(tài)：當無觸發(fā)信號輸入時，掃描處于準備狀態(tài)，沒有掃描線。觸發(fā)信號到來后，觸發(fā)掃描。

單次：單次按鈕類似復位開關。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復位，此時準備好（Ready）燈亮。觸發(fā)信號到來后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后，準備燈滅。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照。

上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更復雜的功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y 工作方式等，這里就不介紹了。示波器入門操作是容易的，真正熟練則要在應用中掌握。值得指出的是，示波器雖然功能較多，但許多情況下用其他儀器、儀表更好。例如，在數(shù)字電路實驗中，判斷一個脈寬較窄的單脈沖是 否發(fā)生時，用邏輯筆就簡單的多；測量單脈沖脈寬時，用邏輯分析儀更好一些。

四、數(shù)字示波器使用必須注意問題

1、前言

數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務。

2、區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實時帶寬

帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實時帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術所能達到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實時帶寬，數(shù)字實時帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術因子 K 相關（數(shù)字實時帶寬=最高數(shù)字化速率 /K），一 般并不作為一項指標直接給出。

從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數(shù)字實時帶寬則同時適合重復信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達到多少兆，實際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實時帶寬是要低于這個值的。例如說 TEK 公司的 TES520B 的帶寬為 500MHz，實際上是指其模擬帶寬為 500MHz，而最高數(shù)字實時帶寬只能達到 400MHz 遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

3、有關采樣速率

采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時間內(nèi)，對模擬輸入信號的采樣次數(shù)，常以 MS/s 表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項重要指標。

（1）如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象

如果示波器的輸人信號為一個 100KHz 的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是 50KHz，這是怎么回事呢？這是因為示波器的采樣速率太慢，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號的實際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定?；斓漠a(chǎn)生如圖 1 所示。

那么，對于一個未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過慢慢改變掃速 t/div 到較快的時基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩(wěn)定下來，也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的 2 倍才不會發(fā)生混迭，如一個 500MHz 的信號，至少需要 1GS/s 的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發(fā)生：

a. 調(diào)整掃速；

b. 采用自動設置（Autoset）；

c. 試著將收集方式切換到包絡方式或峰值檢測方式，因為包絡方式是在多個收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。

如果示波器有 InstaVu 采集方式，可以選用，因為這種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。

（2）采樣速率與 t/div 的關系

每臺數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個定值。但是，在任意一個掃描時間 t/div，采樣速率 fs 由下式給出：

fs=N/（t/div）N 為每格采樣點

當采樣點數(shù) N 為一定值時，fs 與 t/div 成反比，掃速越大，采樣速率越低。

綜上所述，使用數(shù)字示波器時，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。

下文分別細數(shù)了示波器或曾不為人知的 12 項功能。

1、協(xié)議解碼

根據(jù)示波器波形顯示進行串行總線手動解碼既耗時又容易出錯。在這一相對簡單的 I2C 信號中，可能有問題存在。您能輕松找到這個問題嗎？甚至還能說出該信號代表什么嗎？要對該數(shù)據(jù)包進行手動解碼，需尋找到包頭、數(shù)據(jù)位及包尾。利用時鐘狀態(tài)（**）對所有數(shù)據(jù)信號狀態(tài)（藍色）進行對照確認，然后將其轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)值。

示波器上的 I2C 信號

在此將手動解碼與自動解碼示例進行比較。只需定義時鐘和數(shù)據(jù)處于哪些通道上以及定義用于確定邏輯值（“1”和“0”）的閾值，就可以讓示波器獲悉正通過總線傳輸?shù)膮f(xié)議。在一瞬間，就可對串行數(shù)據(jù)進行解碼并將其顯示出來，說明總線波形顯示中的起始位、地址位、數(shù)據(jù)位和結(jié)束位。對 I2C 總線而言，地址值和數(shù)據(jù)值能夠以十六進制方式顯示，或以二進制方式顯示。

自動 I2C 解碼

2、網(wǎng)絡分析儀

需測量回波損耗（Sdd11）或插入損耗（Sdd21），但卻沒有 TDR 或 VNA，怎么辦？您可用高帶寬示波器進行一些近似于網(wǎng)絡分析的測量，盡管這樣做好像有些超出其使用范圍，而且肯定有某些局限。傳統(tǒng)的頻率響應時間測試涉及對快脈沖的測量以及對響應 FFT 的查看。除這種測量外，您還可以通過一些相當基礎的設置來測量回波損耗和插入損耗。

例如，一些高速標準（像 PCI Express 3.0 和 USB 3.0）包括有這樣的測量，一長串邏輯值“1”后接一長串“0”。這構(gòu)成一種穩(wěn)態(tài)條件或低頻狀態(tài)。然后，測試圖案變?yōu)闀r鐘或 1010 圖案，又稱為奈奎斯特圖。對前后電壓電平進行比較，得到一個標稱插入損耗值。可采用更先進的技術以及自定義信號激勵來提取其他詳細信息。

64 個“1”及 64 個“0”后接“1010”的圖形

3、在 DVD 驅(qū)動器上播放影片

大型 LCD 屏幕還可用作什么呢？可以肯定的是，您可以在示波器上觀看信號完整性分析指南，但更令人高興的是，您還可以觀看最近的電影（但是還不能觀看 3D 視頻）。

4、濾波

您是否需要用高帶寬示波器測量低頻信號但又不想有高頻噪音？許多示波器都具有數(shù)字信號處理功能，可進行濾波，包括低通濾波。下一次，您想在您 12GHz 示波器上測量 100MHz 時鐘時，可使用帶寬限制功能，以得到更佳的信噪比和更精確的測量值。

5、寬帶雷達測試

數(shù)字示波器早已具備 FFT 功能。隨著雷達和其他寬帶 RF 系統(tǒng)進入數(shù)字領域，現(xiàn)在示波器已具備瞬態(tài)或?qū)掝l帶寬 RF 信號分析功能。您可以對無外部降頻轉(zhuǎn)頻器的寬帶雷達、高數(shù)據(jù)速率衛(wèi)星鏈路或跳頻通信系統(tǒng)執(zhí)行脈沖分析、數(shù)字解調(diào)和 EVM 測量。

顯示寬帶雷達信號的示波器

6、改善垂直分辨率

大部分示波器的 A/D 分辨率為 8 個比特。用不同的采集模式，可按如下所述，通過求相鄰采樣的平均值來提高垂直分辨率。那么，通過求平均值和采用高分辨率模式可將分辨率提高多少呢？理論上講，增加值為 0.5Log2N，其中 N 為相鄰采樣的平均數(shù)。

實際情況是，2 個字節(jié)的存儲深度限制了這一增加。兩個字節(jié)為 16 位。保留其中一位作為符號位，剩余的 15 位用作數(shù)據(jù)數(shù)值。舍入誤差使第 14 位和第 15 位成為隨機值，從而使實際限值變?yōu)?13 位。因此，改善可從約六個有效位開始，用高度過采樣時可增至約 13 位。

提高垂直分辨率

7、基于示波器的信號發(fā)生器

由于許多示波器都裝有計算機 I/O 端口，比如 USB 端口或以太網(wǎng)端口，因此可使用這些端口來生成測試信號。只需下載合適的軟件（可在許多標準機構(gòu)的網(wǎng)站上查找到）來激活測試模式，您就擁有了一臺信號發(fā)生器。

8、測試文件

如果您想像大多數(shù)人那樣在示波器上進行分析，則可能還需要有一些測試文件。了解許多集成軟件分析工具中的測試報告功能，可為您節(jié)約一些時間。想要更高效，您可以通過遠程控制儀表指令自動化分析和測試報告的操作。即便是基本型示波器也具備針對文件的省時功能，比如“保存全部”功能，只需按下一個按鈕，即可保存截圖、波形數(shù)據(jù)和設置文件。

文件測試報告功能的用途

9、智能檢索

沒有正確的檢索工具的話，要在很長的波形記錄中找到您感興趣的事件可能會很耗時。如今，記錄長度日漸超過 100 萬數(shù)據(jù)點，要定位您的事件可能意味著需要瀏覽成千上萬個信號活動屏。用軟件搜索工具可簡化對長記錄的瀏覽。甚至有前置面板控制器，使您可快速進行縮放和平移操作，就像用 DVR 看視頻一樣。還可順便自動標注每個定義事件的發(fā)生情況，以便在各事件之間快速移動。

長數(shù)據(jù)記錄中標記的用途

10、觸發(fā)

示波器的觸發(fā)功能可在信號中的正確點進行同步水平掃描，對明確的信號檢定而言，是不可缺少的。觸發(fā)控制器允許您穩(wěn)定重復波形并捕捉單次觸發(fā)波形。

在高速調(diào)試應用中，您的電路可能會工作 99.999%或更長的時間。而正是 .001%的時間會造成您的系統(tǒng)崩潰或正是您需要更詳細分析波形的一部分。高級觸發(fā)功能，如 AB 雙重事件觸發(fā)、窗口觸發(fā)、邏輯認證等等都有助于隔離問題，速度比在采集后搜索上百萬個數(shù)據(jù)樣本快很多。

高級觸發(fā)模式可減少對長數(shù)據(jù)記錄的搜索

11、儀器的遠程控制

您是否曾有過這樣的經(jīng)歷：離開實驗室之前忘記檢查測量值或保存測試結(jié)果？沒有特殊軟件工具就無法遠程訪問示波器了嗎？幸運的是，只需打開瀏覽器，輸入示波器的 IP 地址，就可輕松接入示波器。許多示波器，甚至基本型示波器，不僅可在實驗室中聯(lián)網(wǎng)，還可設置為可在線訪問的網(wǎng)絡服務器。

網(wǎng)絡驅(qū)動示波器可通過瀏覽器遠程訪問

12、眼圖

什么是眼圖？通過眼圖，在高速數(shù)字設計領域工作的人士可識別多個比特相互疊加，被廣為使用的圖形。如何才能在不挨個查看的情況下就快速驗證上百萬個比特呢？

在一張瞬態(tài)圖中，您能大致了解會造成系統(tǒng)運行不可靠的時間變化、噪音、振鈴和其他信號完整性的影響。大部分示波器用戶都很熟悉這一工具，然而許多人并沒有意識到信號處理和可視化技術方面的進步，從而加深對這一基本圖形的了解。通過眼圖，可基本了解電壓電平和邊緣速率等參數(shù)值。如果再進一步延伸這一概念，您可以用 BER 輪廓線（BER contours）來推斷或預測誤碼率。下圖類似眼圖，但其顯示的誤碼率為定時抖動和電壓噪聲的函數(shù)。

示波器上可看到眼圖和更多信息。

結(jié)論

示波器簡單易學、容易操作，可幫助您高效工作，充分提高生產(chǎn)率，使您可將精力放在設計而非測量工具上。就像世上沒有可作為標準的汽車司機一樣，世上也沒有標準的示波器用戶。無論您將示波器用于廣泛分析、用于濾波還是用于創(chuàng)建測試文件，最重要的是如何靈活操作您的示波器。

當一件正確的事情成為我們習慣的時候，對一個人的影響是正面且長期的，意義也很重大。養(yǎng)成使用示波器的習慣對一個工程師的影響也是一生的，而當習慣進一步上升為理念時，就算刻意去擺脫都不是那么容易。

當產(chǎn)品出現(xiàn)問題時，很多人下意識還是會拿萬用表去東量量，西測測。究其原因，萬用表人手一個，使用便捷，所以受到廣大工程師的歡迎。在這里我想說的是這個習慣不大好，詳細原因且聽我慢慢道來。

萬用表的使用場景主要是用于阻值（電阻值，對地阻抗），通斷（是否滴滴響）等簡單測量，這兩個功能是示波器無能為力的。電壓值也可以用萬用表量。用萬用表測量電壓有效值更準確，但要觀察電壓具體“長什么樣”還是得用示波器。

有一個經(jīng)典的比喻，示波器是電子工程師的眼睛。如果不使用示波器，我們在研的產(chǎn)品就相當于一個黑盒子，難以探知其真實面目，畢竟一抹黑的路不好走。下面結(jié)合一些經(jīng)歷來談談為什么要養(yǎng)成使用示波器的習慣。

1、理論聯(lián)系實際的好幫手

示波器是一名硬件測試工程師必須熟練掌握的工具，但由于工作性質(zhì)的原因，我們經(jīng)常做的工作是對照測試用例或者規(guī)范進行一些固定項的重復測試，如各類接口，內(nèi)部總線等。久而久之，很多人就不滿足于這種知識面了。不安于現(xiàn)狀的測試工程師們接下來的步驟就是找來一些資料來深入學習自己所面向的產(chǎn)品，了解工作原理，內(nèi)部構(gòu)造，各模塊電路，信號流向等。這些知識有的清晰，有的模棱兩可，有的甚至搞不懂。

當你遇到這種情況時，示波器可以成為你非常好的幫手，對不懂的地方，可以先查查資料，嘗試弄明白原理，然后用示波器量一下波形，時序等，驗證自己的分析結(jié)果。通過示波器可以直觀地看到波形，會使人感到很清晰，印象深刻，理論知識也可以得到更好的理解。

把一個電子產(chǎn)品上的信號都量測之后，加上學習一些文檔，那樣對自己所面對的產(chǎn)品理解就會透徹了。

2、直面 bug 的本質(zhì)

當我們在解決 bug 的時候，有的問題可能根據(jù)經(jīng)驗就解決了，而沒有去徹底把本質(zhì)搞明白。這樣就會有隱患，而且下次設計電路的時候可能掉進同樣的一個陷阱。

比如 I2C 上拉電阻配置不正確導致通信出現(xiàn)概率性失敗，信號線上電容過大導致波形失真等，也許我們改改電阻值、電容值就把問題解決了，但是這樣還不夠，如果通過示波器看到波形的本質(zhì)，然后再去調(diào)試。這樣解決的問題，以后就不會再犯了，也會保證避免出現(xiàn)一些當時認為已經(jīng)解決，但是在批量時依然會概率性的出問題。

一些 EMC 問題是由內(nèi)部高頻信號的諧波引起，通過示波器調(diào)試，可以在保證信號完整性的基礎上有效降低輻射信號的能量，如串接更合適的匹配電阻，增加對地電容等手段去解決。而保證信號完整性，最直接的手段就是使用示波器測試，以免矯枉過正，出現(xiàn)隱患。

3、用事實說話

有些 bug 出現(xiàn)的時候，需要多方來一起解決。這樣的多方郵件溝通就需要圖像作為重要依據(jù)了。之前遇到一個 bug：Host 端向 device 端加載文件時出現(xiàn)概率性失敗的情況。這里涉及三方的硬件，軟件，還要涉及 Host 芯片及 Device 芯片廠家的臺灣原廠。各方經(jīng)過各自的檢查，加上各自之前出貨的經(jīng)驗，均認為自己沒有問題。使用示波器反復量測波形，時序，在開始也沒能定位問題。因在啟動時，時鐘信號線上會出現(xiàn)一部分 1V 雜波信號，然后通過實驗手段判定就是 Host 端發(fā)出，以此作為證據(jù)要求 Host 端的臺灣原廠修改，理由是不管此信號是否對通信造成影響，至少先解決這個問題再考慮。在更新過兩次代碼后，1V 雜波信號消失，老化拷機，并未出現(xiàn)問題。

出于自我保護本能以及各方知識的局限，一般各自都會認為自己這方?jīng)]有問題，通過示波器量測波形，找到證據(jù)，督促修改，會使得問題容易得到解決。
? ? ? ?責任編輯:pj