你不知道的示波器

示波器是用来观测交流信号的重要时域仪器。对于交流信号的测量一直是传统万用表的软肋，表现为测量频率低、小信号测量困难、误差大。过去为了准确测量频率较高信号的幅度通常需要使用到高频毫伏表。而示波器以图形方式展现信号在时域方面的特征，可以更全面更准测的观测交流信号。

与时俱进的示波器

示波器的架构随着科学技术的发展不断演进，早期的示波器采用纯模拟电路称为模拟实时示波器ART（Analog Real Time），八十年代随着信号数字处理技术和微处理器技术的应用发展出了数字存储示波器DSO（Digital Storage Oscilloscopes），近年在DSO的基础上结合数字辉度技术发展出了DPO(Digital phosphor Oscilloscopes)使数字存储示波器具有更接近ART的显示效果，在DSO的基础上结合多通道逻辑分析功能发展出了混合示波器MSO（Mixed-Signal Oscilloscope）。目前数字信号处理技术在数字示波器中占了主导地位，示波器的架构发生了本质的变化，其性能和功能都得到巨大的飞跃。

从示波器的性能方面工作带宽可谓突飞猛进。早期的示波器工作带宽只有几兆赫兹，20MHz和100MHz示波器曾经都是一代时代示波器性能的标杆。眼下中档的示波器都基本具备1GHz以上工作带宽，顶级产品则已超过20GHz，100MHz带宽的示波器沦落为入门级产品。示波器的测量精度也不可同日而语，早期的示波器测量基本的电压幅度和信号周期都需要对照示波管上的刻度进行人工读数，自从示波器有了自动测量功能后在测量的准确度和效率方面都有了本质的提升，现代中高档示波器数字化采样有效位数不断提升，内部高基准性能不断加强，由此测量精度也同步提高。

从示波器的功能方面显示波形是示波器最基本的功能，之后在此基础上逐渐发展起来了多通道输入多线多踪显示、屏幕数据读出功能、手动光标测量功能、自动测量功能，现代数字示波器利用信号数字化技术和处理器软件算法增加了FFT频谱分析功能、波形记忆存储功能、眼图功能，目前高端示波器进一步整合了逻辑分析仪、协议分析仪、频谱分析仪的功能发展成为多功能仪器，满足了现代电子行业对高速数字信号和高频率射频信号观测的需要。过去示波器主要用于观测波形失真情况和测量信号幅度之类的基础应用，而现代高端应用则需要应用于测量抖动、串扰、时序、串行数据、高速数字电路等。

示波器最基本的特点就是可以显示信号的波形。波形实质上就是信号电压幅度随时间变化构成的曲线，示波器显示屏水平方向（X轴）为时间轴，垂直方向（Y轴）为电压轴（也被称为幅度轴）。示波器属于时域仪器，用以展现信号随时间变化的状态。通过显示波形的幅度在电压轴上能得到信号的电压值，根据不同定义可以获得信号的有效值电压、峰峰值电压等。通过显示波形的形态重复在时间轴上能得到信号的周期和相位信息，周期倒数就是信号的频率。习惯上对于频率很低的信号我们用周期来表示，较高频率的信号则用频率表示更为精准。通过显示波形的形态能方便判断信号的类型，正弦波、方波、三角波、锯齿波都是依据显示波形的几何形状来命名，此外波形显示还能用来发现信号在传输过程中的失真情况即测量显示出来的信号几何图形与理论值出现明显差异。

示波器属于有源仪器内部有信号放大电路，所以能轻松测量毫伏级的信号。测量交流信号是示波器的强项，同样也能用来测量直流信号和含直流偏置的交流复合信号。用示波器理论上可以测量直流信号的电压值，直流信号在示波器上显示为一直线，即信号电压幅度值不随时间变化，自然就没有了周期、频率、峰值之类的参数。早期的模拟示波器测量普通直流电压精度要低于高性能的指针万用表同时仪器成本也高，所以实际上一般情况下并不如此应用。早期要精确测量毫伏级的电压值一般使用高频毫伏表，毫伏表属于有源仪器内部有放大电路，有明确的工作带宽和精度控制通常测量准确度要优于一般的示波器。