示波器有关知识及选型方案

示波器有关知识及选型方案一、引言示波器作为电子工程师手中不可或缺的工具，广泛应用于电子电路设计、研发、测试与维修等领域。它能够直观地显示电信号的波形，帮助工程师分析信号的幅度、频率、相位等参数，从而深入了解电路的工作状态。本文将详细介绍示波器的相关知识，并提供选型方案，以便工程师在面对众多示波器产品时能够做出合适的选择。

二、示波器的基本原理示波器主要由示波管、垂直放大电路、水平扫描电路、触发电路和电源等部分组成。其工作原理是将被测电信号输入到示波器的垂直通道，经过垂直放大电路放大后加到示波管的垂直偏转板上，使电子束在垂直方向上随被测信号的变化而上下移动。同时，水平扫描电路产生一个与时间成线性关系的锯齿波电压，加到示波管的水平偏转板上，使电子束在水平方向上匀速移动，这样在荧光屏上就可以显示出被测信号随时间变化的波形。触发电路则用于保证每次扫描都能在被测信号的相同相位点开始，从而使显示的波形稳定。

三、示波器的主要性能指标

带宽带宽是示波器最重要的性能指标之一，它表示示波器能够准确测量的信号频率范围。例如，一个带宽为100MHz的示波器，理论上能够测量频率高达100MHz的正弦波信号。一般来说，示波器的带宽应至少是被测信号最高频率的3倍，以保证能够准确显示信号的波形。对于数字电路中的高速信号，如USB3.0、HDMI等，需要使用带宽较高的示波器来进行测量和分析。

采样率采样率是指示波器每秒对信号进行采样的次数。采样率越高，采集到的信号数据就越密集，能够更准确地还原信号的波形细节。例如，一个采样率为1GSa/s的示波器，每秒可以采集10亿个样本点。在测量高频信号时，如果采样率过低，会导致信号失真，无法准确显示信号的真实波形。因此，在选择示波器时，需要根据被测信号的频率和所需的波形细节来选择合适的采样率。

存储深度存储深度表示示波器能够存储的采样数据的数量。存储深度越大，示波器能够记录的信号长度就越长，便于对信号进行长时间观察和分析。例如，一个存储深度为1Mpts的示波器，可以存储100万个采样点。在进行信号捕捉和分析时，如果存储深度不足，可能会丢失重要的信号信息。

垂直分辨率垂直分辨率决定了示波器能够分辨的最小电压变化。它通常用比特（bit）来表示，例如8bit、10bit等。垂直分辨率越高，示波器能够检测到的信号幅度变化就越小，测量结果也就越精确。

上升时间上升时间是指示波器能够测量的脉冲信号从幅度的10%上升到90%所需的时间。上升时间越短，示波器能够测量的信号变化速度就越快，适用于测量高速数字信号和快速脉冲信号。

四、示波器的类型

模拟示波器模拟示波器通过电子束在荧光屏上的连续扫描来显示信号波形。它的优点是能够实时显示信号的波形，对于观察信号的变化趋势非常直观。缺点是采样率较低，无法对信号进行数字化处理和存储，不利于对信号进行详细分析。目前，模拟示波器已经逐渐被数字示波器所取代。

数字示波器数字示波器采用数字化技术对信号进行采样、存储和处理。它具有高采样率、高存储深度、丰富的分析功能等优点，能够满足现代电子电路设计和测试的各种需求。数字示波器又可以分为实时采样示波器和等效采样示波器。实时采样示波器能够对信号进行实时采样和处理，适用于测量频率较低的信号；等效采样示波器则通过对信号进行多次采样和拼接来获取信号的完整波形，适用于测量频率较高但重复周期较长的信号。

混合信号示波器混合信号示波器结合了数字示波器和逻辑分析仪的功能，既可以测量模拟信号，又可以测量数字信号。它具有多个通道，可以同时观察模拟信号和数字信号之间的关系，对于分析混合信号电路非常方便。

五、示波器的选型要点

根据应用场景选择1.电子电路设计与研发：对于电子电路设计和研发工作，需要示波器具有较高的带宽、采样率和存储深度，以便能够准确测量和分析各种复杂的电信号。同时，还需要示波器具备丰富的分析功能，如频谱分析、眼图分析等，帮助工程师优化电路设计。2.生产测试：在生产测试环节，示波器的可靠性和稳定性非常重要。需要选择能够长时间稳定工作的示波器，并且操作简单，易于集成到自动化测试系统中。此外，还可以根据生产线上的测试需求，选择具有特定功能的示波器，如内置数字万用表功能、支持GPIB或Ethernet接口等。3.故障维修：在故障维修时，需要示波器能够快速捕捉到故障信号，并准确分析信号的特征。因此，选择具有高灵敏度、快速触发功能和丰富波形分析功能的示波器比较合适。同时，示波器的体积和便携性也需要考虑，以便能够在不同的维修现场使用。

根据带宽选择根据被测信号的最高频率来选择示波器的带宽。一般来说，示波器的带宽应至少是被测信号最高频率的3倍。例如，如果被测信号的最高频率为50MHz，则应选择带宽不低于150MHz的示波器。对于一些对信号保真度要求较高的应用，如音频、视频信号的测试，示波器的带宽可以适当提高。

根据采样率选择采样率的选择取决于被测信号的频率和所需的波形细节。对于频率较低的信号，采样率可以相对较低；对于高频信号，则需要选择较高的采样率。一般来说，采样率应至少是被测信号最高频率的5倍，以保证能够准确还原信号的波形。例如，对于一个频率为10MHz的信号，采样率应至少为50MSa/s。

根据存储深度选择存储深度的选择要根据实际需求来确定。如果需要长时间观察信号的变化过程，或者需要捕捉信号的突发异常情况，就需要选择存储深度较大的示波器。例如，在进行电源纹波测试时，可能需要长时间记录电源电压的变化情况，此时就需要示波器具有较大的存储深度。

根据通道数选择根据需要同时观察的信号数量来选择示波器的通道数。一般来说，示波器的通道数有2通道、4通道、8通道等多种选择。如果需要同时观察多个信号之间的关系，如比较不同电路节点的信号波形、分析信号的时序关系等，则需要选择通道数较多的示波器。

考虑其他因素1.品牌和售后服务：选择知名品牌的示波器，其产品质量和售后服务更有保障。在购买示波器后，能够获得及时的技术支持和维修服务，减少因设备故障带来的损失。2.操作界面：示波器的操作界面应简洁直观，易于上手。这样可以提高工作效率，减少操作人员的培训时间。3.价格：示波器的价格因品牌、性能等因素而异。在选择示波器时，需要根据自己的预算进行合理选择，在满足性能要求的前提下，尽量选择性价比高的产品。

六、示波器选型方案示例

需求分析某电子公司主要从事消费电子产品的研发和生产，近期需要采购一批示波器用于产品的研发和测试。具体需求如下：1.能够测量频率范围为0100MHz的模拟信号和数字信号。2.需要同时观察多个信号之间的关系，至少需要4个通道。3.对信号的波形细节有较高要求，采样率不低于2GSa/s。4.能够存储较长时间的信号数据，存储深度不低于1Mpts。5.操作简单，便于工程师使用。6.预算在510万元左右。

选型过程1.带宽：根据被测信号的最高频率100MHz，考虑到信号的保真度，选择带宽为350MHz的示波器，以满足对0100MHz信号准确测量的要求。2.采样率：为了保证能够准确还原信号的波形细节，选择采样率为5GSa/s的示波器。3.存储深度：根据需要存储较长时间信号数据的要求，选择存储深度为2Mpts的示波器。4.通道数：根据需要同时观察多个信号的需求，选择4通道的示波器。5.品牌和操作界面：综合考虑品牌知名度、产品质量和售后服务，选择了某知名品牌的示波器。该品牌的示波器操作界面简洁直观，易于上手，符合工程师的使用习惯。6.价格：经过市场调研和比较，选择了一款价格在8万元左右的示波器，满足预算要求。

最终选型结果经过综合评估，最终选择了某品牌的MSO54系列示波器。该示波器具有以下特点：1.带宽为350MHz，能够满足0100MHz信号的测量需求。2.采样率为5GSa/s，存储深度为2Mpts，能够准确还原信号波形并存储较长时间的数据。3.4通道设计，可以同时观察多个信号之间的关系。4.操作界面简洁直观，支持多种触发模式和分析功能，便于工程师进行信号测量和分析。5.品牌知名度高，售后服务完善，能够为用户