原创 通用示波器之演变

本文作者Gina Bonini是Tektronix全球嵌入式系统技术营销经理。她曾任职产品设计、产品营销、业务和市场开发等岗位，在各种测试测量岗位有15年以上的丰富经验。她在加利福尼亚大学伯克利分校获得了化学工程学士学位，后又在斯坦福大学获得了电机工程硕士学位。

前些日子，我收到一份咨询数字示波器原理的请求。一位名叫埃德的彬彬绅士刚刚购买了他生平第一台数字示波器，并正为学习数字示波器的基本操作而四处寻求帮助。大家明白了吧，埃德是一位老派的泰克示波器用户。他悲叹自己虽然拥有两台“中意的”泰克示波器，“却无奈它们均已过时。诚如您所知，产品永远在不断地更新换代……”。他的一个应用程序要求必须捕获波形以供分析之用。如此简单的一个需求却迫使他最终选择升级到基础款数字示波器。

在与埃德的交谈中有一点令我印象深刻：仅仅是捕获数据这样简单的要求，他就不得不买一台新的示波器。这不禁令我好奇起来——数字示波器的问世是在何时？数字示波器在上世纪90年代初面世时，模拟示波器在一段时间内依旧是这一市场的主流产品。就在不久之前，一名工程师还必须将示波器某一屏幕的内容打印出来，以捕获所发生的情况。您无法保存波形，以便日后加载，进行更多的分析和比较，亦无法将波形数据转移到自己的电脑桌面用于分析。唯一的解决办法就只能打印成图片。如今，即便是最廉价的通用数字示波器，在其前端都设计有可轻松保存屏幕截图和波形的USB接口。

当然，第一批数字示波器问世时，就已经能够进行数据捕获了。然而，我们这些身处测试测量行业的人无疑都已经听腻了关于荧光显示屏匮乏这样的抱怨。许多数字设计工程师都感觉自己的工作因示波器对信号变化监控不力而受到阻碍。他们怀念模拟示波器荧光显示屏那种独特的余辉特性，因为这种特性可以向他们呈现信号是如何随着时间变化而变化的（参见图1）。此外，他们亦怀念模拟示波器荧光显示屏那种“鲜明”或者快速更新率，使他们甚至可以看到不断快速变化的信号细节。

图1: 经典的模拟示波器，配有“让人怀念”的荧光显示屏。

自从以数字荧光显示屏为代表的技术创新在这一行业逐渐发展起来，并对上述问题做出回应之后，模拟示波器仅存的这点优势也荡然无存了。通过数字荧光显示屏，波形以叠加覆盖的方式先后呈现，也就是说频繁复现的波形变得更加“厚重”，就如阴极射线管上的荧光粉那样。这意味着工程师能观察到信号是如何变化的——它加回了强度维度。

图2：数字荧光技术促成快速波形捕获率和实时强度分级。

但当模拟示波器技术已趋于成熟的时候，数字示波器技术才刚刚起步。比如，通过在机器前端添加快速采集系统，如今的数字示波器每秒能捕获30多万个波形，相比最快速的模拟示波器，能提供明显更快的更新率。此外，增加彩色编码“热度图”显示屏（参见图3）之后，较之于使用老式模拟示波器，工程师可以更快地发现问题——此外，当然还能更快地捕获问题以供分析之用。

图3: 通过颜色分级，出现的波形频率被赋予不同的颜色，这样工程师能够迅速看到设计中的问题所在。

伴随向数字化的过渡，如今的示波器还能提供更为高级的触发功能。就在不久之前，基础款示波器上唯一的触发项还只是一个边沿触发器。而如今，基础款示波器就能提供诸如脉冲宽度、运行时间、上升时间和逻辑等高级触发器。我们甚至可以买到价格在3,000美元以内的示波器，这类示波器可以提供用于特定串行信息包和并行总线数据的触发器，还能建立/保持违例情况。就性能示波器这一类而言，您会发现触发器类型组合超过1,400个。

自动测量是数字化的另一大优点。由于所有波形数据以比特形式呈现，在按下按钮的瞬间，示波器能够重复并准确地进行复杂的测量工作。借助油性笔和“目测”在示波器显示屏上进行划分，并藉此决定脉冲宽度或转换率的日子已一去不复返了。

在过去几年间，我们还目睹了平价示波器的诞生。这类示波器可以提供信号可视化技术以及更多的高级功能，但从价格角度来看，却比传统的性能示波器便宜许多。由于超过60%的示波器用户使用的都是串行总线，当今的工程师常常需要盯着长长的数据流以确认其通信总线的完整性，同时亦需要观察其系统不同部件之间的互动情况。鉴于手动分析串行数据的难度，许多工作台示波器可以提供普通串行总线的解码，与此同时，还具备触发特定信息包或字节内容的功能。

当我回顾通用示波器演变的这15年时，不禁惊叹于如今技术所达到的高度。透过示波器，我们能见证推动电子设备向下一代升级的所有趋势：将多种功能集于一个仪器之中；通过IC集成，将所有功能集于同等规格或甚至更小的程序包中；通过数字化实现更高级别的性能；总体上创造更高的价值。

当您将目光投向自己的示波器时，您有何感想？是时候升级了吧？