如何選擇一個示波器-專題三

前兩個系列，我介紹了PC示波器和臺式之間的區別，探頭的物理特性和示波器的核心參數，如模擬帶寬、采樣率和ADC分辨率等特性。本系列將介紹示波器的其他特征：外部觸發和時鐘同步，并且我會總結一下所有我講過的東西。

一、儲存深度

數字示波器通過ADC轉換器將模擬信號轉換成數字信號，然后將其存儲在存儲器中，所以示波器的一個重要特征就是它能夠儲存多少樣本，即緩存深度。這個參數在高速采樣率下尤為重要---例如，在采樣率5GS/s時，一百萬個樣本（1MS）意味著能夠存儲200μs的數據。一般情況下，一臺低價位的示波器只有很小的緩存空間。在網上你可以看到一款這樣的示波器HantekDSO5202P，采樣率1GS/s的采樣率，但是只賣400美元，因為它的記錄長度只有24KS而已，即只能記錄24μs的數據。你也可以發現緩存更小的示波器，例如一款型號為AgilentTDS2000C的示波器就只有2.5K的緩存深度。如果你只關注觸發信號，那你可以選用更小緩存的示波器。但是，當用觸發也無法捕捉到一些特殊故障時，你可能就需要一個大的緩存來捕捉長時間連續信號，以便于從中查找故障。小的緩存意味著在你很難去獲得你想要的信號。

即是一些示波器聲稱大緩存，但是實際上，我們想要獲得全部的緩存也是有困難的。PS6403D示波器是PicoTech的其中一款1GS緩存的示波器，在配套的軟件上可以設置示波器的所有參數，但是該軟件實際上的將驅動緩存限制在500MS左右。然而我不得不承認這真的是非常讓人印象深刻的，直到存儲器存滿之前，一直能夠保持5GS/s的采樣速度，就算它建議的存儲器帶寬是40Gb/s！。借助于分段存儲器（這個將來會介紹）我們可以用到全部的緩存，但是它不能用來捕捉一個連續的1GS大小的數據長度。

二、FFT長度

示波器的廣告總會在間接地提到它們有“頻譜分析儀”的功能。事實上，示波器只是對采集到的信號進行了FFT變換。一個明顯的區別是頻譜分析儀有一個“中心頻率”，你可以在中心頻率的任意一側測量實際帶寬。通過掃描中心頻率，你可以得到頻域中一個非常大范圍內功率圖表。

示波器的FFT的模式，沒有什么類似于中心頻率的東西。它測量從0Hz到某個特定的頻率（這個上限頻率往往是可以調節的）。這個限制往往是示波器的采樣頻率的一半，但是也會受示波器的模擬帶寬的限制。示波器的頻譜分析中有一個參數“FFT長度”，表示多少采樣點被用來計算FFT。這個參數也可以用圖表中“bins”的數量（例如水平頻率分辨率）表示。有些的臺式示波器也許會有一個固定的FFT長度，例如只有2048個FFT長度。這個可以看得到0-100MHz的所有頻率，但是如果你想要放大觀測95-98MHz這個范圍頻譜該怎么辦呢？因為示波器實際上是從0Hz開始計算FFT，所以這個范圍只能顯示大約60個采樣點的頻譜。這就是為什么我們需要非常長的FFT長度—它允許您放大信號并觀測局部信號頻譜細節。你可以降低示波器的采樣率，放大觀測0Hz附近的頻譜。當然，如果你想要精確的測量1-10kHz范圍的頻譜時，設置合適的采樣率，讓2048個采樣點分布在0~20kHz附近，當你放大波形的時候你也可以得到正確的細節。這種情況下，2048個FFT長度也是沒有問題的。

另外，為了提高水平方向的細節，更長的FFT長度可以降低噪聲。如果你想要把示波器來進行頻譜分析，那么更長的FFT長度將助你一臂之力。就像在圖1中顯示的那樣，是用控制板的磁性探頭來進行FFT。在這里我放大了頻譜的一部分，左邊是2048個點的，右邊有131072個點。

圖1不同FFT長度的頻譜分析對比圖

選擇示波器時需要注意：低端小緩存示波器往往有很短的FFT長度。當然也有一些深度緩存示波器，它們卻擁有很短的FFT長度，例如RigolDS2000DS4000DS6000，從這些型號的規格書中看出，雖然他們有131MS的緩存深度，它們只用了2048個采樣點。相比之下，PC示波器是比較好的，因為它們可以在更加高性能的PC上做FFT分析，而不是僅僅局限于DSP處理器或者是一個FPGA處理器。比如說，Pico6403D允許FFT的長度達到1，048，576個采樣點。