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(dú)特優(yōu)點(diǎn)，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(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬

帶寬是示波器較為重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復(fù)信號采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)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(fù)周期信號的測量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

有關(guān)采樣速率

采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)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(xiàng)重要指標(biāo)。

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(gè)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?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍a(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號的實(shí)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(gè)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(shí)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(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)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(gè)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：

·調(diào)整掃速；
·采用自動(dòng)設(shè)置（Autoset）；
·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個(gè)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Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@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(guān)系

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

　　　　　　fs=N/(t/div)　　　　　　　N為每格采樣點(diǎn)

當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：

表1掃速與采樣速率

t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25

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

數(shù)字示波器的上升時(shí)間

在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測量方法的原因，以致于自動(dòng)測量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時(shí)間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù)：

表2掃速與上升時(shí)間
t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216

由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數(shù)字示波器測量出來的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測出的時(shí)間來反推出信號的上升時(shí)間。 數(shù)字示波器自上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生以來，其應(yīng)用越來越廣泛，已成為測試工程師必備的工具之一。隨著近幾年來電子技術(shù)取得突破性的發(fā)展，全世界數(shù)字示波器市場進(jìn)一步擴(kuò)大，而作為在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演重要角色的中國，飛速發(fā)展的電子產(chǎn)業(yè)也催生了更龐大的數(shù)字示波器需求市場。

面對如此龐大的市場，世界以及中國本土示波器制造商一方面增強(qiáng)中國市場的進(jìn)軍力度，另一方面也緊貼市場的需求，最大程度的滿足用戶的實(shí)際使用需求。RIGOL（北京普源精電科技發(fā)展有限公司）總經(jīng)理李維森指出：目前新的技術(shù)應(yīng)用越來越多，測試要求也越來越高，誰能不斷滿足用戶不斷變化的測試需求，誰就能贏得市場。

不斷滿足行業(yè)應(yīng)用新標(biāo)準(zhǔn)

一些業(yè)內(nèi)主要廠商，例如微軟，Intel，三星或者西門子等等，他們在實(shí)現(xiàn)各自的遠(yuǎn)景目標(biāo)過程中都會借助很多的行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)。就拿PC來說，一個(gè)PC內(nèi)所含的新標(biāo)準(zhǔn)不下二十種。作為測試平臺的提供者，為PC行業(yè)的用戶提供測試方案時(shí)，就必須考慮這二十多種新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)為PC行業(yè)的用戶分別提供測試軟件和解決方案。在今后的通信和娛樂消費(fèi)電子行業(yè)，特別是電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，新的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，電子設(shè)計(jì)工程師在技術(shù)開發(fā)的過程中每天都要面臨著這些新技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)。示波器制造企業(yè)就需要針對這些新的標(biāo)準(zhǔn)推出自己的解決方案和工具，從而幫助用戶基于這些新的技術(shù)開發(fā)出新的產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品最終能夠促進(jìn)整個(gè)電子行業(yè)的發(fā)展。

在與國外測試測量巨頭的博弈中，示波器領(lǐng)域，中國企業(yè)已取得非常大的突破。RIGOL公司作為中國儀器界崛起的生力軍，繼DS5000系列數(shù)字示波器創(chuàng)下銷售佳績，獲得專業(yè)人士好評之后，于2006年初又投下一顆重磅炸彈，推出一款性能卓著的緊湊型數(shù)字存儲示波器――DS1000系列。DS1000系列在性能上不僅全面超過國外同類產(chǎn)品，打破了在這個(gè)領(lǐng)域國外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，同時(shí)又在原DS5000系列產(chǎn)品上大膽創(chuàng)新，使DS1000系列成為為數(shù)不多體積小巧、功能強(qiáng)大、性能卓越的低端數(shù)字示波器，彌補(bǔ)了國內(nèi)空白。

在很多生產(chǎn)領(lǐng)域，數(shù)字產(chǎn)品離不開模擬產(chǎn)品的配合，各種新型應(yīng)用對模擬產(chǎn)品提出了新要求，同時(shí)也影響著模擬產(chǎn)品的發(fā)展方向。以目前市場熱點(diǎn)3G手機(jī)為例，其實(shí)數(shù)字算法問題早已解決，但電源待機(jī)時(shí)間、聲音效果、背光等還不能滿足用戶的需求，而這些都屬于模擬技術(shù)的范疇。

此外，信號傳輸在現(xiàn)代工程中是很重要的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，通常使用多芯電纜將模擬信號和數(shù)字信號獨(dú)立多線傳輸。但在信號傳輸中，數(shù)字信號將對模擬信號產(chǎn)生干擾，目前采用的解決方法是可以設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)：利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號在單線中的混合傳輸。而這其中的測試和調(diào)試就要求示波器必須能構(gòu)對數(shù)字信號和模擬信號同時(shí)進(jìn)行分析和顯示。使用DS1000示波器可以同時(shí)采集16路輸入DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）的數(shù)字信號和兩路輸出的模擬信號。這一性能給數(shù)字模擬混合信號的開發(fā)、測量和調(diào)試帶來了極大的方便。

李維森表示，RIGOL近幾年中之所以能夠快速增長，其中的一個(gè)重要原因就是利用強(qiáng)大的本土優(yōu)勢，能很好地應(yīng)對來自客戶和整個(gè)行業(yè)的一系列新標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果就是用戶能夠更快更好地完成他們的工作。

功能集成趨勢明顯

有關(guān)專家指出，在今后幾年中，高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)還將面臨著一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢，這就是不論是開發(fā)未來的手機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還是高速通信系統(tǒng)，用戶會越來傾向于同時(shí)使用一臺示波器和一臺頻譜分析儀，來同時(shí)從不同的角度全方位地捕獲和分析系統(tǒng)中的信號，從而解決來源于不同角度的問題。今后市場的發(fā)展讓示波器需要面對更多的應(yīng)用，因此示波器的多功能集成對于測試供應(yīng)商來說更為重要。所以企業(yè)在開發(fā)測試平臺時(shí)不僅要提供多功能硬件平臺，同時(shí)也通過提供合理的應(yīng)用軟件來豐富測試平臺，能夠去面對各種復(fù)雜的測試任務(wù)。

目前國內(nèi)外示波器制造商都在向這個(gè)方向發(fā)展。RIGOL新近推出的DS1000系列數(shù)字示波器具有相當(dāng)卓越的性能指標(biāo)和眾多強(qiáng)大的功能。DS1000系列是目前市場上唯一包含了邏輯分析模塊的低端數(shù)字示波器，不僅如此它還具備豐富的觸發(fā)功能和獨(dú)一無二的可調(diào)觸發(fā)靈敏度，用戶可用一臺示波器同時(shí)觀測模擬和數(shù)字信號，并可以在各種復(fù)雜信號中穩(wěn)定觸發(fā)；顯示器采用16位彩色TFT液晶顯示系統(tǒng)，使波形顯示更加清晰；DS1000 存儲深度最大可達(dá)1M，正常模式也可達(dá)到512K。

除了以上創(chuàng)新功能外，DS1000還具有諸如模擬顯示、數(shù)字濾波器、波形錄制、波形亮度調(diào)節(jié)、USB HOST功能，并支持U盤和USB接口打印機(jī)，滿足客戶多方面的操作需求。使用戶在測試過程中，真正達(dá)到一次多測量的功能需求。

專家強(qiáng)調(diào)，電子新技術(shù)的發(fā)展，使得工程師的測試工作越來越繁瑣，也使得他們的任務(wù)越來越重，很明顯這些工程師更趨向于能夠一次可以實(shí)現(xiàn)多測試功能，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率的數(shù)字示波器。

在多功能的應(yīng)用中，觸發(fā)功能顯得非常重要，示波器觸發(fā)決定了利用示波器能夠捕獲、觀看和測量的信號。觸發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)體現(xiàn)了一個(gè)簡單的問題：在頻率范圍頂部附近捕獲信號時(shí)，對信號振幅的要求則是觸發(fā)靈敏度與模擬采樣帶寬相匹配。

在工程師的日常工作中，經(jīng)常要觀察一些特殊信號的變化過程，但是之前所使用的示波器只具有上升或下降沿觸發(fā)的功能，并且只針對單個(gè)信號。DS1000系列示波器的觸發(fā)方式有一種就是上升&下降沿觸發(fā)，解決了這個(gè)難題。斜率觸發(fā)是根據(jù)信號的上升/下降時(shí)間的快慢來判斷觸發(fā)，相比邊沿觸發(fā)更加靈活和準(zhǔn)確。而DS1000系列示波器的觸發(fā)功能中，交替觸發(fā)功能顯示出了明顯的優(yōu)勢。交替觸發(fā)功能是模擬示波器的功能在數(shù)字示波器中的重現(xiàn)，這一功能保證了即使是兩個(gè)非同步信號，也能夠同時(shí)穩(wěn)定的觸發(fā)，大大提高了工作效率。

趨于美觀、更具移動(dòng)性

當(dāng)一個(gè)行業(yè)以及產(chǎn)品發(fā)展到極度成熟的時(shí)候，實(shí)用性與藝術(shù)性都會同時(shí)體現(xiàn)出來。當(dāng)代數(shù)字示波器除了追求強(qiáng)大的功能以外，外觀精美、款式小巧，便于移動(dòng)也成為發(fā)展的一個(gè)趨勢。

具有強(qiáng)大功能的DS1000系列較為直觀的特點(diǎn)就是它的超薄設(shè)計(jì)和精巧外觀。多年來，示波器制造商一直遵循CRT領(lǐng)域的設(shè)計(jì)規(guī)則，示波器在體積方面要能夠適應(yīng)深CRT和相關(guān)電子器件。這導(dǎo)致其包裝很大、通常也很笨重，很難移動(dòng)或很難安放在工程師的工作臺上。而DS1000系列緊湊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得其厚度僅僅只有154mm，體積是同類產(chǎn)品的1/3左右。小巧的體積大大減少了桌面的占用面積，非常適合擁擠的工作臺使用，而且便于攜帶。不僅如此，外觀完美的圓弧曲線設(shè)計(jì)、精致的按鈕大大增加了機(jī)器的美感和觸感。

數(shù)字示波器的日常故障分析

1.常沒有光點(diǎn)或波形
電源未接通。
輝度旋鈕未調(diào)節(jié)好。
X，Y軸移位旋鈕位置調(diào)偏。
Y軸平衡電位器調(diào)整不當(dāng)，造成直流放大電路嚴(yán)重失衡。
2.水平方向展不開
觸發(fā)源選擇開關(guān)置于外檔，且無外觸發(fā)信號輸入，則無鋸齒波產(chǎn)生。
電平旋鈕調(diào)節(jié)不當(dāng)。
穩(wěn)定度電位器沒有調(diào)整在使掃描電路處于待觸發(fā)的臨界狀態(tài)。
X軸選擇誤置于X外接位置，且外接插座上又無信號輸入。
兩蹤示波器如果只使用A通道（B通道無輸入信號），而內(nèi)觸發(fā)開關(guān)置于拉YB位置，則無鋸齒波產(chǎn)生。
3.垂直方向無展示
輸入耦合方式DC-接地-AC開關(guān)誤置于接地位置。
輸入端的高、低電位端與被測電路的高、低電位端接反。
輸入信號較小，而V/div誤置于低靈敏度檔。
4.波形不穩(wěn)定
穩(wěn)定度電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)過度，致使掃描電路處于自激掃描狀態(tài)（未處于待觸發(fā)的臨界狀態(tài)）。
觸發(fā)耦合方式AC、AC（H）、DC開關(guān)未能按照不同觸發(fā)信號頻率正確選擇相應(yīng)檔級。
選擇高頻觸發(fā)狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)源選擇開關(guān)誤置于外檔（應(yīng)置于內(nèi)檔。）
部分示波器掃描處于自動(dòng)檔（連續(xù)掃描）時(shí)，波形不穩(wěn)定。
5.垂直線條密集或呈現(xiàn)一矩形
t/div開關(guān)選擇不當(dāng)，致使f掃描<<f信號。
水平線條密集或呈一條傾斜水平線
t/div關(guān)選擇不當(dāng)，致使f掃描>>f信號。
6.垂直方向的電壓讀數(shù)不準(zhǔn)
未進(jìn)行垂直方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度（v/div）校準(zhǔn)。
進(jìn)行v/div校準(zhǔn)時(shí)，v/div微調(diào)旋鈕未置于校正位置（即順時(shí)針方向未旋足）。
進(jìn)行測試時(shí)，v/div微調(diào)旋鈕調(diào)離了校正位置（即調(diào)離了順時(shí)針方向旋足的位置）。
使用l0 ：1衰減探頭，計(jì)算電壓時(shí)未乘以10倍。
被測信號頻率超過示波器的*高使用頻率，示波器讀數(shù)比實(shí)際值偏小。
測得的是峰-峰值，正弦有效值需換算求得。
7.水平方向的讀數(shù)不準(zhǔn)
未進(jìn)行水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度（t/div）校準(zhǔn)。
進(jìn)行t/div校準(zhǔn)時(shí)，t/div微調(diào)旋鈕未置于校準(zhǔn)位置（即順時(shí)針方向未旋足）。
進(jìn)行測試時(shí)，t/div微調(diào)旋鈕調(diào)離了校正位置（即調(diào)離了順時(shí)針方向旋足的位置）。
掃速擴(kuò)展開關(guān)置于拉（×10）位置時(shí)，測試未按t/div開關(guān)指示值提高靈敏度10倍計(jì)算。
8.交直流疊加信號的直流電壓值分辨不清
Y軸輸入耦合選擇DC-接地-AC開關(guān)誤置于AC檔（應(yīng)置于DC檔）。
測試前未將DC-接地-AC開關(guān)置于接地檔進(jìn)行直流電平參考點(diǎn)校正。
Y軸平衡電位器未調(diào)整好。
9.測不出兩個(gè)信號間的相位差
測不出兩個(gè)信號間的相位差（波形顯示法）
雙蹤示波器誤把內(nèi)觸發(fā)（拉YB）開關(guān)置于按（常態(tài)）位置應(yīng)把該開關(guān)置于拉YB位置。
雙蹤示波器沒有正確選擇顯示方式開關(guān)的交替和斷續(xù)檔。
單線示波器觸發(fā)選擇開關(guān)誤置于內(nèi)檔。
單線示波器觸發(fā)選擇開關(guān)雖置于外檔，但兩次外觸發(fā)未采用同一信號。
10.調(diào)幅波形失常
t/div開關(guān)選擇不當(dāng)，掃描頻率誤按調(diào)幅波載波頻率選擇（應(yīng)按音頻調(diào)幅信號頻率選擇）。
11.波形調(diào)不到要求的起始時(shí)間和部位
穩(wěn)定度電位器未調(diào)整在待觸發(fā)的臨界觸發(fā)點(diǎn)上。
觸發(fā)極性（+、-）與觸發(fā)電平（+、-）配合不當(dāng)。
觸發(fā)方式開關(guān)誤置于自動(dòng)檔（應(yīng)置于常態(tài)檔）。
12.觸發(fā)或同步掃描
緩緩調(diào)節(jié)觸發(fā)電平（或同步）旋鈕，屏幕上顯現(xiàn)穩(wěn)定的波形，根據(jù)觀察需要，適當(dāng)調(diào)節(jié)電平旋鈕，以顯示相應(yīng)起始位置的波形。
如果用雙蹤示波器觀察波形，作單蹤顯示時(shí)，顯示方式開關(guān)置于YA或YB。被測信號通過YA或YB輸入端輸入示波器。Y軸的觸發(fā)源選擇“內(nèi)觸發(fā)一拉YB”開關(guān)置于按（常態(tài)）位置。若示波器作兩蹤顯示時(shí)，顯示方式開關(guān)置于交替檔（適用于觀察頻率不太低的信號），或斷續(xù)檔（適用于觀察頻率不太高的信號），此時(shí)Y軸的觸發(fā)源選擇“內(nèi)觸發(fā)-拉YB”開關(guān)置“拉YB”檔。