原创 面向大众的混合信号示波器

最近在浏览EETimes网站时，恰巧看到一篇有关混合信号示波器的评论文章，作者Jack Ganssle是专注于嵌入式系统开发问题的讲师和顾问。一口气读完觉得实在写得有趣，特别有感于作者的那种“发烧友”情结，不亚于现在的“苹果”狂热者。我将它翻译了和大家分享，如果有兴趣看原文的朋友可参考：

http://www.eetimes.com/news/semi/showArticle.jhtml?articleID=223101115

面向大众的混合信号示波器

Jack Ganssle

我热爱我的工作。除了会遇到引领创新浪潮的非常有趣的工程师外，许多厂商会把他们最新的东西发给我来看。当然，大多数厂商是希望获得免费宣传，帮助他们推广产品，但其实我很少会这么干。然而，也确实有一些非常棒的产品，我认为对读者会有价值，所以也会公正地予以评价。

泰克最近就把他们的MSO2024混合信号示波器寄给我。自40年前“第一次接触”以来（那时候我还在上中学），我就一直是泰克示波器的忠实粉丝。当时我爸爸在一家新兴的公司上班，他要求我们这群孩子在周末做免费义工。这使得我有机会进入实验室，接触大量笨重的基于真空管的泰克示波器，它们被稳稳当当地摆放在带轮的手推车上。

我爸爸的公司有好多台545。这些仪器拥有同时代所有泰克示波器的特点：结实，可靠，带有大量旋钮、开关和控制杆的面板，所有这些令你可以在5英寸的屏幕上画出大量的轨迹。揭开外壳，你会看到一大堆漂亮的电子和机械工程作品。例如，时基选择开关拥有难以置信的机械机制，把困难的旋钮旋转操作传送到示波器中。

泰克一直因其工程设计能力而闻名，他们不断升级换代，向市场上推出新的示波器。我最喜欢的可能是7000系列示波器，透明的塑料发光按钮，带有一些科幻色彩，能控制许多功能。我在20世纪70年代上班时，公司买了好多台这种示波器。它们质量优异，当之无愧地体现了泰克品牌。(参阅2007年4月Jack Ganssle专栏"现代示波器"，其中介绍了泰克511仪器信息。)

MSO2024是泰克的另一款优质产品，如果要说缺点，那就是泰克公司想要回样机。不过说不定它在运输过程中遗失了，或者隔壁75岁的老太太半夜进来把它偷走了。 我总能编一些故事，让泰克市场人员深信不疑。

泰克MSO2024混合信号示波器

MSO2024与545和7000系列差异很大。如今，CRT已经让路给平板显示器，这大大将仪器的深度减少到了仅大约5英寸。示波器不再要求严格的工作台空间。它重只有8磅，可以像笔记本电脑一样轻松携带。

顾名思义，这是一种混合信号示波器，是逻辑分析仪与传统示波器的混合体。在2024中，有4个模拟输入外加一台16通道逻辑分析仪。MSO可以同时显示任意数字和模拟混合信号。一台MSO的神奇之处就在于任何输入都可以触发扫描。想在软件命令增益为8时查看可编程增益放大器的输出？把逻辑分析仪探头挂在放大器的数字增益输入上，把一条模拟通道挂在输出上，触发1000b。由于嵌入式系统是硬件和软件的交集，因此我一直认为MSO是不可或缺的设备。

先让我们来大体看看技术指标。2024示波器带宽为200-MHz，采样率为1 GS/sec。它能存储100万个数据点。有一些指标要注意：其中8条数字输入可以以全速采样；其余8条的运行速率为500 MHz。在模拟通道垂直设置设为最高的(2 mV/division)时，带宽会下降到20 MHz。时基可以从2 ns/division一直达到100 sec/div，刚好可以打个盹。

如果没有交叉触发功能，那么MSO将不过是把逻辑分析仪和示波器硬凑在一个盒子里的怪物，因此各厂商都重点提供成系列的扩展功能来帮助用户。2024的触发模式太多了，这里就不一一列举了。但除了交叉触发外，它可以启动检测欠幅脉冲(越过用户设置的一个门限、但没有越过第二个门限的脉冲)、脉宽(>, <, =或!=用户设置时间)、各类逻辑条件、等等。选配的USB模块增加了总线触发，我在后面将加以介绍。

然后是屏幕。它采用7英寸TFT全彩显示器，分辨率为480 x 234像素。显示器非常明亮和鲜艳。我在晴天时把它拿到外面，即使有光线反射，显示屏看起来仍然非常清楚。

泰克MSO2024混合信号示波器正面和侧面图

出于其在业内悠久历史的认可，泰克把显示屏称为“数字荧光”。我发现这很有趣，如果按这个逻辑，我们可以把计算器叫作“数字计算尺”。事实上，1972年就有一项专利是“电子数字计算尺”(美国专利号3,676,656)，其中采用当时复杂的实用预处理器。公正地讲，泰克使用“数字荧光”是指一种并行处理方法，这种方法把采集的波形以很高的速率扔到屏幕上，模仿模拟示波器。

在面对一台新的测试设备时，我总是先开机，摆弄按钮，整体上感觉一下。然后我会马上翻开使用手册。晕！泰克没有手册！不过，泰克在盘中提供了PDF版本的手册，确切的说是两张盘，其中包含大量令人困惑的文件，有些文件看上去还是一样的。

过去，示波器不可避免地会有一个附带的包。当然，2024也有一个包，实际上是一个软面手提箱，可以把仪器放到箱子里。但我个人认为，这么复杂的仪器应该配备装订好的说明书。PDF版本文件对快速入门很合适，但对于想足够深入了解某些复杂功能时就显得不够了。

我对2024有一个不满意的小地方。2024整体上反应速度很快，但某些功能反应迟钝。垂直位置和水平位置控制功能反应慢，慢得让人讨厌，但其它旋钮没有延迟。卷动波形不顺畅，有点费劲，示波器在屏幕上重写文本时屏幕有些闪。仪器拥有强大的搜索功能，这对100万样点必不可少，但搜索缓冲用了12秒。开机也有点慢，从按电源开关到显示信号用了63秒，比老式真空管545还要慢。这些都是小问题，只是表明其使用的CPU处理能力不足。示波器最重要的功能是显示波形，在这方面，2024事实上非常快。

我在2005年4月和5月收到多台USB示波器(www.embedded.com/160902529和www.embedded.com/163105522)。这些袖珍设备把用户界面放到计算机上。但在机箱中装有三只探头时，很难再使用鼠标重设虚拟旋钮。我首选2024这类全规格仪器上的传统物理旋钮。它们的“手感”对我非常重要。泰克在这台仪器上做的工作非常好。水平和垂直控制功能有多个扳手，让人很满意，而且不象泰克老式设备那样难以旋转。它提供了足够的空间，可以很好地握住每个旋钮，而不会碰到相邻旋钮。

这款强大机器的功能远不止于旋钮空间。与大多数类似仪器一样，除了专用开关外，它使用许多功能各异的“软”开关。显示屏底部有七个按钮(称为底部选项按钮)，旁边垂直方向有五个按钮(侧面选项按钮)。比如，按"Trigger Menu"，屏幕上会显示对应底部选项按钮的菜单标签，其中一个是"Coupling"。按与该菜单标签对应的底部选项按钮，则会显示侧面选项按钮对应的菜单标签，用户可以选择AC、DC或其它触发耦合参数。

两个“多功能”专用旋转旋钮用于各种用途，如移动光标，从显示屏上选择更多的子菜单项目。

我一开始觉用户界面有点令人困惑。你必需看一下使用手册，哦！是PDF文件，了解2024的操作。许多菜单在不需要时似乎也留在屏幕上。实践是最好的方法，用不了多久操作会变得驾轻就熟。但你最好留着使用手册，以备在菜单结构中找不到某些不常用的功能时应急。

数字示波器存储的数据记录要远多于屏幕上通常显示的数据。每个厂商都有自己的途径或多种方式，来滚动通过扫描数据。但其都会基于一定的背景。

模拟示波器上的水平扫描控制功能设置CRT电子束从左到右在屏幕上扫描的速度。比如，选择1 usec/div，把电子束移动一格需要一微秒的时间。

数字示波器则有重大差别。水平扫描控制功能（在2024上称为“刻度”）同时设置采集速率和显示速率。如果仪器设置成一次采集1M样点，把2024标度设置成10 nsec/div，示波器将达到最高采集速率1 Gs/sec。它将采集1 ms的数据，每个点相距1 ns，但只会显示100 ns (10 nsec/div乘以10个显示格)的数据。

没在屏幕上的另外0.9999 ms数据可能会非常重要。卷动和缩放控制功能为检查这些数据提供了一种机制。2024为此使用两个同心的旋转旋纽：大的外部旋钮左右卷动，内部控制旋钮则设置缩放倍数。1M点提供了庞大的数据，使用传统旋钮经过这么大量的数据，估计会让操作人员手酸腿麻。泰克提供了一种非常优异的功能：旋钮转得越多，其卷动速度越快。

更多功能
早期的数字示波器可能会自动确定信号的频率。泰克更进一步，因为2024可以获得和显示29个不同的测量项目，包括上升时间和下降时间、RMS、脉冲数、相位、等等。这里真正实现了“阴阳平衡”，我喜欢在屏幕上显示数据，同时又不乐意牺牲LCD空间。

FilterVu功能是一种可变低通滤波器，设置范围为1 Hz到示波器全部的200 MHz，视水平标度设置而定。而且还不止于此：仪器会显示滤波后的信号，当然还会以较低亮度显示没有滤波的信号，在背景中会显示图像。

FFT选项把这台仪器变成穷人的频谱分析仪(显示幅度随频率变化，而不是幅度随时间变化)。

我上面提到总线监测。选配的USB模块把2024转换成适用于I2C、SPI、RS-232和RS-422/485的协议分析仪。对了，它不支持以太网。各种显示模式可以显示码流，甚至在数据包上标出十六进制值。其非常优异的一个特性是自动标记错误，如没有确认错误。这个画面非常好，信息非常全面。我计划截一个屏幕图，但泰克寄给我的仪器USB端口坏了，所以没存成。

它还有更多功能，有大量的模式，有大量的特性。这个小东西几乎可以完成一切，当然这可能会成为问题。在为某个问题调出设置后，一层层菜单中的许多参数可能已经变化，因此不再能测量简单的信号。这时按Default Setup，仪器会消除这种复杂性，确定相应的设置。当然这种功能还不完美，比如，5V方波会把设备设置成1 V/div，而不是更合适的2V/div，但我自己还是会经常使用这一功能。

运行示波器
这款示波器性价比高，特别适合满足大量嵌入式设计的需求。这是一款三合一设备：示波器、逻辑分析仪和协议分析仪(当然协议分析仪是选件，需要额外付费)，可以让你在所有领域无缝衔接操作。在花少量时间熟悉之后，仪器很快就能上手。

泰克的人想要回样机，她位于3,000英里以外的俄勒冈。她要干什么？找一伙人从我这儿抢走样机？呵呵。

Jack Ganssle (jack@ganssle.com)是专注于嵌入式系统开发问题的讲师和顾问。如需进一步了解Jack，请点击这里。