利用示波器分析電信號

示波器是我們工程師的眼睛，首先我們要知道被我們“眼睛”觀察的對象 - 電信號是什么？都有哪些不同的形式？就像我們人還需要用“大腦”對“眼睛”看到的現象做分析，我們也需要對用示波器看到的電信號做分析，進而判斷出電路的性質，這就要求我們知道不同的電信號各有哪些典型特征？了解了這些，我們才可以通過現象看本質。

這是一個典型的電子產品系統(tǒng)：

在這個系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都是通過電信號來表達和傳遞信息：

在A/D之前，電信號是以連續(xù)的模擬量的方式存在?- 它的幅度和頻率都在傳遞信息，在A/D之后，電信號以分立的數字量的方式存在。

作為一個“診斷”電信號的儀器，示波器主要通過對比信號源的某種信號經過“待測設備（DUT）”之后的形態(tài)和不經過這個待測設備的形態(tài)之間的差異?- 比如某些成分的幅度發(fā)生了變化、相位/頻率發(fā)生了變化，進而判斷“待測設備”是否工作正常，以及定標待測設備究竟會起到什么作用。

因此，信號源也是測試測量系統(tǒng)的必備，即便平時在我們的測試中沒有用到信號源，實際上我們也是假設了已經有信號源的存在，比如檢測時鐘是否工作正常，信號源已經在PCB板上；檢測3.3V的電源電壓是否正常，是否有紋波，信號源就是那個能夠產生3.3V電壓的LDO或開關穩(wěn)壓器。

當然，多數情況下我們需要對被測試的電路提供一個激勵信號，比如：

提供模擬波形 - 正弦波（最常用）、三角波、方波

某種模式的數字信號

調制信號

刻意產生的噪聲

通過這些激勵信號能夠：

檢查每一級電路的增益、頻率響應，對接收端進行校準

提供用于測試電路的各種波形，一般來講都是低功率的

驗證（ Verification） - 分析數字調制

定標（Charac terization）- 測試D/A和A/D轉換器

壓力/臨界點測試 - 通信接收機的壓力測試

其實原理非常簡單，下面的一張圖就能直觀表達出來：

信號源提供一個單頻的電信號送給被測試的電路網絡，用示波器觀察經過這個網絡以后的電信號，跟信號源的激勵信號對比，就可以分析出被測電路的特性，單頻的電信號只有兩個參量 -?電壓和相位（或頻率），通過計算這兩個參量的變化就可以推算出電路中的阻抗、感抗、容抗，而使用不同頻率、不同幅度的信號就能夠分析出被測的電路網絡的全貌 - 對整個頻段的響應、對不同大小信號的反應。

比如，將一個理想的方波信號送到一個電路網絡，在示波器上可以看到下面的波形，我們通過波形的形狀就可以分析出電路的特性：

不同特性的電路網絡對理想方波信號的響應

不同的波形揭示了電路的不同特性

任何實際的電信號都是多種頻率電信號的疊加：

我們在時域上看到的非正弦波形的信號，以及那些不規(guī)則波形的信號，都可以分解成多個不同幅度的單頻正弦波信號的疊加 - 感謝傅立葉！

方波信號的構成

因此，對采集到的電信號進行FFT變換，從頻域對電信號進行觀察和分析也成了示波器的標配分析功能，雖然簡單的FFT變換相對于專業(yè)的頻譜分析儀顯得很初級，但它畢竟是一種性價比非常高的觀察方式。

無論示波器的FFT還是專業(yè)的頻譜儀，只是把一根根譜線給我們顯示出來了，如何解讀還需要工程師自己的“大腦”，當然是基于對信號的理解，比如下圖中的多個譜線來源于電路的不同特性，從每個譜線的大小就可以判斷電路是否存在串擾、失真、電源噪聲等，往往通過示波器的時域波形很難判斷出來，因為它們都疊加在一起，一粒芝麻粘在西瓜皮上是很難分辨出來的。