作者：Richard Quinnell，主編

示波器是電子開發(fā)人員可以擁有的基本測(cè)試設(shè)備之一，并且已經(jīng)使用了 50 多年。最近的一項(xiàng)創(chuàng)新是將儀器簡(jiǎn)化為一個(gè)信號(hào)采集前端，該前端通過(guò) USB 連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)，使用 PC 的資源來(lái)消除電源和顯示器的體積和成本。這種 USB 示波器的成本和尺寸優(yōu)勢(shì)使其成為開發(fā)人員工具包的誘人補(bǔ)充，但現(xiàn)在它們的性能和價(jià)格范圍令人眼花繚亂。了解關(guān)鍵規(guī)格有助于做出正確的決定。

通用串行總線 (USB) 面世后不久，有人想出了如何使用總線為數(shù)字化儀供電并連接數(shù)字化儀，計(jì)算機(jī)可以使用其數(shù)據(jù)來(lái)模擬傳統(tǒng)示波器的操作。早期的設(shè)備既粗糙又性能有限，但具有相對(duì)便宜的優(yōu)勢(shì)。為了檢查這些第一款 USB 示波器可以處理的有限范圍內(nèi)的信號(hào)，它們?yōu)楦鼈鹘y(tǒng)（且更昂貴）的示波器提供了一個(gè)有趣的替代方案。

快進(jìn)到今天，您會(huì)發(fā)現(xiàn) USB 示波器不再需要低性能或低成本。當(dāng)今市場(chǎng)上的設(shè)備價(jià)格從 20 美元到 20,000 美元不等，性能范圍同樣廣泛，但不一定相關(guān)。因此，在 USB 示波器選項(xiàng)中進(jìn)行選擇變得更加復(fù)雜。

DPScope-II 等入門級(jí) USB 示波器適用于音頻和串行總線等中等信號(hào)要求。（照片：DPScope）

開始的地方是了解示波器的主要規(guī)格和特性，并根據(jù)您的特定需求對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。要查看的內(nèi)容包括：

通道數(shù)量——雖然您可能一次只想查看一個(gè)信號(hào)，但擁有多個(gè)通道會(huì)帶來(lái)一些顯著的潛在好處。多通道允許查看信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，并允許一個(gè)信號(hào)作為觸發(fā)器開始查看另一個(gè)信號(hào)。根據(jù)可用的軟件，也可以從另一個(gè)通道中減去一個(gè)通道，以查看小的差異，例如負(fù)載電阻器之間的差異，否則這些差異可能會(huì)在大的基本信號(hào)中丟失。

通道數(shù)。雖然您可能一次只想查看一個(gè)信號(hào)，但擁有多個(gè)通道會(huì)帶來(lái)一些顯著的潛在好處。多個(gè)通道允許查看信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，并允許一個(gè)信號(hào)作為觸發(fā)器開始查看另一個(gè)信號(hào)。根據(jù)可用的軟件，也可以從另一個(gè)通道中減去一個(gè)通道，以查看小的差異，例如負(fù)載電阻器上的差異，否則這些差異可能會(huì)在大的基極信號(hào)中丟失。?

帶寬。這是通向數(shù)字化儀的通道的模擬帶寬，在其 3-dB 點(diǎn)測(cè)量。它實(shí)際上是示波器可以準(zhǔn)確捕獲的最高頻率正弦信號(hào)。?

ADC 位。模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用的位數(shù)設(shè)置捕獲和顯示期間垂直分辨率的限制。一些設(shè)備提供的“增強(qiáng)分辨率”大于 ADC 的位數(shù)，這是通過(guò)處理實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行大量過(guò)采樣，這會(huì)降低示波器的有效采樣率。?

采樣率。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化需要采樣率至少是信號(hào)中最高正弦頻率的兩倍（奈奎斯特率），否則高頻信號(hào)將在顯示中顯示為低頻信號(hào)（混疊）。大多數(shù)示波器供應(yīng)商建議采樣率至少是通道模擬帶寬的五倍以避免失真。?

在處理諸如時(shí)鐘信號(hào)之類的重復(fù)波形時(shí)，存在一種提高示波器有效采樣率 (ESR) 的方法。通過(guò)將隨機(jī)交錯(cuò)的樣本插入數(shù)據(jù)流，并對(duì)信號(hào)的多個(gè)周期進(jìn)行采樣，可以通過(guò)處理創(chuàng)建時(shí)間分辨率遠(yuǎn)比實(shí)際采樣率建議的更精細(xì)的捕獲信號(hào)描述。一些設(shè)備可以使用這種技術(shù)將重復(fù)波形的有效采樣率提高 25 倍。?

記憶深度。數(shù)字示波器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們可以捕獲信號(hào)以進(jìn)行后續(xù)顯示和測(cè)量。捕獲間隔的長(zhǎng)短取決于采樣率和設(shè)備的內(nèi)存深度。當(dāng)有多個(gè)通道可用時(shí)，查找每個(gè)通道的深度。一些設(shè)備還提供將信號(hào)數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)酱笕萘看鎯?chǔ)以供以后分析和顯示的選項(xiàng)。

操作系統(tǒng)。USB 示波器的大部分功能來(lái)自軟件。供應(yīng)商支持的操作系統(tǒng)將決定哪些主機(jī)可以運(yùn)行硬件附帶的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件。

USB 示波器還可以處理在 GHz 范圍內(nèi)具有等效采樣率 (ESR) 的高端應(yīng)用，例如 Link Instruments MSO-9412。（照片：鏈接儀器）

根據(jù)上述參數(shù)以及成本評(píng)估候選 USB 示波器將大大有助于縮小潛在客戶列表以滿足您的需求。但是，還有其他幾個(gè)值得考慮的屬性可能會(huì)影響您的最終決定。例如，查看設(shè)備支持的探測(cè)類型。例如，雖然大多數(shù) USB 示波器可以接受標(biāo)準(zhǔn) BNC 探頭連接，但有些僅提供用于連接簡(jiǎn)單電線的接頭引腳。要查找的其他探頭屬性是對(duì)衰減探頭和差分探頭的支持。?

外部觸發(fā)和時(shí)鐘輸入是另一個(gè)需要考慮的特性。例如，擁有一個(gè)外部觸發(fā)器將允許一個(gè)雙通道示波器檢查兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，而不是要求一個(gè)單獨(dú)用于觸發(fā)另一個(gè)信號(hào)的捕獲。?

同樣，尋找設(shè)備提供的任何輸出信號(hào)。例如，有些可以生成刺激被測(cè)設(shè)備所需的時(shí)鐘和邏輯信號(hào)。其他人提供對(duì)同步多個(gè)設(shè)備的操作有用的輸出。一些設(shè)備提供足夠的輸出信號(hào)，它們?cè)试S將設(shè)備堆疊起來(lái)形成一個(gè)更大的多通道設(shè)備。?

許多 USB 示波器本身就是多用途儀器，非常方便。除了模擬示波器輸入之外，有些還具有數(shù)字輸入線，從而允許該設(shè)備既是示波器又是邏輯分析儀，兩個(gè)捕獲域同步。任意波形生成和頻譜分析是 USB 示波器中經(jīng)常結(jié)合的另外兩個(gè)功能。?

根據(jù)硬件規(guī)格縮小候選列表后，不要忘記評(píng)估實(shí)際上使該設(shè)備成為示波器的軟件。查看可以對(duì)設(shè)備操作進(jìn)行何種控制。評(píng)估配置設(shè)備、捕獲和顯示數(shù)據(jù)、進(jìn)行測(cè)量等的難易程度。還要尋找特殊功能，例如邏輯分析儀功能中的串行協(xié)議解碼（IC2、CAN）、自動(dòng)頻率或幅度測(cè)量等。

曾經(jīng)，USB 示波器的概念幾乎是廉價(jià)和低檔的代名詞。盡管這樣的選擇仍然存在，但情況已不再如此。與此同時(shí)，USB 示波器的尺寸更小、相對(duì)成本更低以及經(jīng)常增強(qiáng)的軟件功能等優(yōu)勢(shì)也得到了擴(kuò)展。對(duì)于要求最苛刻的應(yīng)用，臺(tái)式儀器仍然勝過(guò) USB 設(shè)備。但對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，合適的 USB 設(shè)備是非常實(shí)用的。

EP 的代表性 USB 示波器圖表可幫助您開始尋找適合您需要的設(shè)備。已注冊(cè)的 EP 讀者可以使用下面的鏈接下載副本。

為了幫助您找到候選人，Electronic Products 準(zhǔn)備了一份 PDF 選擇指南，其中總結(jié)了代表性產(chǎn)品并鏈接到其供應(yīng)商頁(yè)面，注冊(cè)讀者可以通過(guò)單擊本文底部的“下載指南”按鈕獲得。請(qǐng)注意，本指南具有代表性，并不全面。列出的許多供應(yīng)商提供的型號(hào)比圖表中描述的要多，并且可能錯(cuò)過(guò)了一些供應(yīng)商。然而，該圖表將提供一個(gè)起點(diǎn)，并且對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，這將是您找到合適的 USB 示波器所需的全部?jī)?nèi)容。

審核編輯 黃昊宇