低價位數(shù)字示波器選型指南
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圖3雖然均滿足要求， 但各產(chǎn)品仍有不同
放大器的性能不同
仔細分析測量結(jié)果，還是可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品之間的性能差異。具體來說，信號振幅衰減到-3dB時的頻率(即示波器的實際帶寬)是不同的。在這一點上，性能最佳的是安捷倫公司的DSO1014A，其實際帶寬接近200MHz。上述差異主要是由于放大器性能的不同而造成的。在以下兩種情況下進行測量時，放大器的性能將會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。
一種情況是測試帶寬接近100MHz的信號。如果被測信號的頻率超過20MHz(推薦頻率)，那么在高頻下，具有更大實際帶寬的數(shù)字示波器能夠顯示出更加準確的波形。
第二種情況是測量矩形波等上升沿很陡的信號。示波器的實際帶寬越寬，則越能準確地測量此類信號。在實際測量中，向示波器輸入上升沿極陡(700ps)的矩形波，然后使用自動測量功能得到矩形波的上升時間(見圖4)。安捷倫的DSO1014A顯示信號上升時間為1.80ns，而GDS-1102A的結(jié)果則達到3.19ns。需要指出的是，這些測量超出了產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊中標明的推薦應(yīng)用范圍，因此得不到正確值也是正常的。在這5款示波器的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊中，確保可測量的上升時間的最小值及典型值均為3.5ns。
圖4頻率特性不同，上升時間也有差異
放大器的允許輸入范圍也有所不同。放大垂直軸，使得波形超出屏幕(被稱為“過驅(qū)動”)時，很容易發(fā)現(xiàn)這一差異(見圖5a)。例如，在開關(guān)電源等的開發(fā)過程中，研究IGBT等功率半導(dǎo)體的特性時，為了更好的理解器件在導(dǎo)通情況下的損耗，就需要采用過驅(qū)動的方法進行測量。如果放大器的允許輸入范圍不足，放大波形后就會導(dǎo)致放大器飽和或信號失真，于是無法觀測到正確的波形。
圖5波形的顯示能力有差別
除了放大器等模擬電路部分外，示波器的不同也體現(xiàn)在數(shù)字電路部分上。日本一家提供測試測量儀器租賃服務(wù)的公司表示：“不同廠商在數(shù)字示波器的內(nèi)部計算方面都具有各自的專業(yè)技術(shù)，因此，各產(chǎn)品顯示波形的準確度也有所不同。”
由于波形更新速度不足時，視頻信號很難重現(xiàn)原有波形，因此，從視頻信號的顯示上很容易就能看出各款產(chǎn)品之間因數(shù)字電路的不同而造成的顯示差異(見圖5b)。
具有超高性能的模擬示波器的波形更新速度可高達100萬次/秒，普通模擬示波器的波形更新速度也有數(shù)萬至數(shù)十萬次/秒，所以模擬示波器在顯示視頻信號時一般不會因為波形更新速度不足而出現(xiàn)問題。
數(shù)字示波器的波形更新速度則相對較慢。在顯示捕獲到的數(shù)據(jù)時，示波器需要通過微處理器和DSP等對數(shù)據(jù)進行處理，這個處理所需的時間即決定了示波器的波形更新速度。在數(shù)字示波器中，某些具備高速處理電路的高價位產(chǎn)品也可以提供數(shù)十萬次/秒的波形更新速度。
但對于低價位數(shù)字示波器產(chǎn)品來說，很多廠商都沒有在數(shù)據(jù)手冊中標明產(chǎn)品的波形更新速度。雖然可以通過咨詢廠商而得到該數(shù)值，但通常只有數(shù)十至數(shù)千次/秒，不同產(chǎn)品之間還存在不小的偏差(見表2)。如果利用波形更新速度僅為數(shù)百次/秒的產(chǎn)品來顯示視頻信號，通常無法完整顯示出原有波形。例如，如果只是顯示一張彩色圖表，那么波形更新速度只需1000次/秒即可正常顯示；但如果要顯示模擬視頻信號，就需要1萬～10萬次/秒的波形更新速度。
當需要利用示波器來觀測電機等旋轉(zhuǎn)部件中的PWM(脈寬調(diào)制)、PAW(脈幅調(diào)制)等控制波形時，波形更新速度也非常重要。此次也在100kHz～500kHz的頻率范圍內(nèi)對5款低價位數(shù)字示波器產(chǎn)品進行了測試，令其顯示振幅變化70%的100Hz掃描信號。結(jié)果顯示，波形更新速度低于幾百次/秒的產(chǎn)品無法跟上掃描速度。
除了視頻信號和電機控制信號以外，示波器在測量傳感器的輸出或低速串行信號等時，也需要較高的波形更新速度。有些傳感器輸出數(shù)字信號，會將模擬值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號脈沖，如果要對其進行測量，就需要1000次/秒的波形更新速度。而對于輸出模擬信號的傳感器來說，較低的波形更新速度即可滿足需求。
測量I2C與SPI等低速串行信號時，如果要確認數(shù)據(jù)改變的時序，那么也必須選擇波形更新速度為100～1000次/秒的產(chǎn)品。在這種情況下，雖然波形更新速度越高越好，但如果帶寬僅為100MHz，那么速度再高也沒有太大意義。如果想獲得更詳細的信息，就應(yīng)該選用高價位的示波器產(chǎn)品。
廠商的目標應(yīng)用不同
如上所述，各廠商的低價位數(shù)字示波器產(chǎn)品都有所不同，而且，如果像選擇模擬示波器一樣去選購數(shù)字示波器產(chǎn)品，有可能會達不到自己想要的測量效果。不過，低價位數(shù)字示波器產(chǎn)品的差別通常只會體現(xiàn)在非常規(guī)測量中，在普通應(yīng)用中基本可以認為它們沒有差別。
在示波器走向數(shù)字化之后，雖然大部分主要部件都可以選用通用產(chǎn)品，但由于各廠商的目標應(yīng)用不同，因此在元器件選擇、電路設(shè)計等其它方面也有差別。在極限測量情況下，波形質(zhì)量也會不同。
目前的趨勢是，主要生產(chǎn)低價位產(chǎn)品的新興廠商希望能夠提供更多的功能及更好的性能，而巨頭廠商則希望能夠?qū)?yīng)用領(lǐng)域進行細分。泰克(日本)公司市場經(jīng)理柴崎裕士表示：“我們提供用于觀測波形的低價位示波器，其功能僅限于觀測信號值(電壓)、頻率、周期等。如果需要進行更多分析，我們則可提供波形更新速度更快、存儲深度更大的產(chǎn)品?！卑步輦惞镜淖籼倮暌脖硎荆骸叭绻枰獪y量模擬電視信號，我們推薦波形更新速度高達10萬次/秒的高端產(chǎn)品。”
在選擇低價位數(shù)字示波器時，用戶必須充分了解自己的測量需求。低價位示波器的目標應(yīng)用通?？梢苑譃閮深悾活愂怯糜谠谡{(diào)試嵌入式軟件時觀測低速數(shù)字信號的波形以確認高電平/低電平時序，另一類是用于取代具有同樣帶寬的模擬示波器。
對于第一類應(yīng)用，由于波形質(zhì)量不太重要，因此只要選擇帶寬合適的示波器即可。此外，有些數(shù)字示波器產(chǎn)品是專門針對這種應(yīng)用開發(fā)的，這些產(chǎn)品沒有采用具有較高性能的部件，從而降低了整體成本。廠商還可將節(jié)約的部件成本用來擴大存儲深度或增加通道，以確保測量時間。對于第二類應(yīng)用，就像在過驅(qū)動測量與視頻信號測量的例子中所看到的那樣，不是所有產(chǎn)品都具有足夠的性能以應(yīng)對必需的測量要求。
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