我們應(yīng)該有一臺(tái)示波器

想象一下你在醫(yī)院里，坐在重癥病床邊，一旁是一臺(tái)心率檢測(cè)儀。你看著機(jī)器上的畫面，一條線一上一下的擺動(dòng)過去，你害怕那條線變成直線，因?yàn)檎珉娨暽戏诺模菢泳鸵馕吨颊叩乃劳觥?/p>

當(dāng)我爸媽問我是做什么工作的時(shí)候，這就是我向他們解釋示波器的方式。醫(yī)院的心率檢測(cè)儀顯示的是病人的心跳，而示波器顯示的是電器設(shè)備信號(hào)的心跳。示波器幫助我們對(duì)電子設(shè)備是否正常運(yùn)行有方方面面的了解，讓我們可以進(jìn)一步檢查被測(cè)設(shè)備的“生命體征”。

這里提到的“生命體征”即是電子設(shè)備電路中的電壓或者電流。就像我們不希望我們的心跳過快或者過慢一樣，在電子設(shè)備中，我們也不希望它的電壓震蕩的頻率過快或者過慢。我們都知道心臟雜音是不好的。同時(shí)，我們也不希望我們的電信號(hào)有任何故障，而示波器可以幫助我們找到它們，從而方便我們對(duì)癥下藥。當(dāng)我們可以如此仔細(xì)地觀察我們的電子設(shè)備時(shí)，我們就可以更好的驗(yàn)證它是否按我們預(yù)期的在運(yùn)行。如果不是，示波器可以幫助我們?cè)\斷并糾正問題。無論你是一名測(cè)試工程師還是學(xué)生，或者從事制造、維修、研究或開發(fā)工作，亦或者你是一名電氣工程師，你都必須學(xué)會(huì)使用示波器。

示波器、差分探頭和電流探頭

示波器基礎(chǔ)

在示波器的顯示界面，我們可以看到一格一格的小格子。在橫坐標(biāo)方向上，這些小格子代表了信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)；在縱坐標(biāo)方向上，這些小格子往往代表了信號(hào)的電壓。這2個(gè)參數(shù)可以讓我們更好地從信號(hào)的幅值和頻率來確認(rèn)設(shè)備是否正常運(yùn)行。由于示波器提供了信號(hào)隨時(shí)間變化的視圖效果，所以我們可以查看信號(hào)可能發(fā)生的任何異常或失真。但是在我們真正開始測(cè)量之前，有一些事情需要我們注意。

示波器的顯示界面

示波器在市面上有各種各樣的型號(hào)和配置，要選購(gòu)到中意的示波器可不像買包方便面那么簡(jiǎn)單。我們需要考慮到示波器的帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度、通道數(shù)量等。同時(shí)，也要結(jié)合自己的實(shí)際測(cè)量需求，看看選購(gòu)的示波器有沒有自己要的功能，比如FFT，串行通訊解碼，波形錄制等。這里列舉一些我們購(gòu)買前應(yīng)該注意的示波器的常見概念：

• 帶寬 – 示波器的帶寬決定了我們能精確測(cè)量信號(hào)的頻率范圍。市面上的示波器帶寬從 20 MHz to 100 GHz 的都有，一般來說我們只要購(gòu)買被測(cè)信號(hào)最高頻率的5倍帶寬的示波器即可，比如我們要測(cè)量的信號(hào)頻率在20MHz，那么我們只需要購(gòu)買100MHz帶寬的示波器即可。事實(shí)上，在很多時(shí)候，100MHz帶寬的示波器是足夠使用的。
• 采樣率 – 采樣率決定了示波器能采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的能力，信號(hào)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，信號(hào)就越接近真實(shí)的狀態(tài)，也就越不容易失真。
• 存儲(chǔ)深度 – 存儲(chǔ)深度也叫記錄長(zhǎng)度，代表示波器一屏幕最多可以顯示多少數(shù)據(jù)點(diǎn)，如果示波器的采樣率足夠，但存儲(chǔ)深度太小，那示波器顯示出來的信號(hào)一樣會(huì)容易失真。市面上大多數(shù)的示波器采樣率都是足夠的，但存儲(chǔ)深度卻往往被很多人遺漏掉，有的商家甚至因?yàn)樘投苯硬粯?biāo)這個(gè)參數(shù)。

示波器存儲(chǔ)深度可調(diào)

• 信號(hào)完整性 – 也就是示波器能夠精確測(cè)量信號(hào)的能力。就像我們肯定不希望心率檢測(cè)儀顯示錯(cuò)誤的信息一樣，如果我們的病人心跳還在跳動(dòng)，結(jié)果儀器顯示卻成了直線，那一定很糟糕。同樣的，我們也不希望測(cè)試的結(jié)果給出錯(cuò)誤的答案，以至于錯(cuò)誤判斷被測(cè)設(shè)備存在問題。一般測(cè)量誤差不超過2%的示波器都是合格的。
• 通道 – 即示波器輸入信號(hào)的地方.一般有模擬通道和數(shù)字通道， 比較常見的示波器是2通道示波器和4通道示波器。

• 探頭 – 探頭用于將信號(hào)接入示波器，市面上有各種各樣的有源探頭和無源探頭，它們被用于各自的特殊場(chǎng)合。常見的有高壓探頭，差分探頭，電流探頭，點(diǎn)火探頭等。在購(gòu)買示波器之前，也要考慮自己要用到哪些探頭。

• 應(yīng)用 – 信號(hào)分析、協(xié)議解碼和單次觸發(fā)等應(yīng)用可以大大減少我們識(shí)別和捕獲信號(hào)錯(cuò)誤所需的時(shí)間。有些應(yīng)用可以幫助我們發(fā)現(xiàn)和評(píng)估信號(hào)的抖動(dòng)，或者進(jìn)行傅立葉變換，創(chuàng)建眼圖，甚至識(shí)別和評(píng)估通訊系統(tǒng)的串?dāng)_。協(xié)議解碼可以解碼信號(hào)成數(shù)字信息，在不同的條件下觸發(fā)，識(shí)別協(xié)議錯(cuò)誤。并非所有的示波器都會(huì)包含你想要的應(yīng)用，因此購(gòu)買之前也應(yīng)該查詢清楚。

示波器的高低通數(shù)字濾波功能

示波器能用來干嘛?

現(xiàn)在，我們已經(jīng)對(duì)示波器的常見術(shù)語(yǔ)有了大致的了解。其實(shí)大多數(shù)的信號(hào)測(cè)試，只需要一臺(tái)50-150MHz帶寬，配上標(biāo)配的無源探頭，1GS/s的采樣率，2-4個(gè)通道，大于2M存儲(chǔ)深度的示波器即可。

有了示波器，我們可以檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)PCB電路版上的故障元器件，線路的噪聲以及是否短路，設(shè)備的輸入和輸出是否工作正常等。采用不同的觸發(fā)方式，可以發(fā)現(xiàn)信號(hào)的高矮脈沖，故障部分等。示波器一般還提供信號(hào)快速傅里葉變換，以及通道直接的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算功能等。而這些，僅僅只是基本的開始。

對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）

示波器是功能性很廣泛的電子儀器。汽修工程師可以用示波器來檢測(cè)汽車中的電子設(shè)備的問題，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里老師會(huì)用示波器來教學(xué)生了解電路。全世界的研究所都會(huì)至少擁有一臺(tái)示波器。手機(jī)廠家也需要用示波器來檢測(cè)他們手機(jī)信號(hào)的完整性。軍隊(duì)和航天部門同樣需要示波器來測(cè)試?yán)走_(dá)系統(tǒng)。研發(fā)工程師用示波器來測(cè)試和設(shè)計(jì)新的技術(shù)或產(chǎn)品。示波器還用于符合性測(cè)試，如UART和CAN協(xié)議，用示波器來檢驗(yàn)信號(hào)的輸出是否符合對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

示波器的串行總線解碼功能