淺談模擬示波器和數(shù)字示波器的區(qū)別

在19世紀的歐洲，第一臺火車曾被馬車遠遠甩在身后。當(dāng)時鐘指向了21世紀，高鐵時速已經(jīng)突破400公里，當(dāng)年的那些馬兒現(xiàn)在只能賽馬場和動物園見一見了。生活在摩爾定律面前讓以年為周期不斷被引爆，任何鼎盛在時代大潮面前終究只是一座小島。昨天還是欲求千金買馬骨，今天就已門前冷落車馬稀。模擬示波器就像是當(dāng)年的馬車，也正在漸漸地淡出工程師的視野，在能夠預(yù)見的某天，他終將會徹徹底底的離開我們，成為測量儀器史書上即將翻過去的一頁。

1、曾經(jīng)的一代梟雄

最早的模擬示波器出現(xiàn)于20世紀初期，大概只有幾MHz的帶寬。也就是我們早些年見到的那種CRT顯示屏的示波器。原理比較簡單，在高中物理中已經(jīng)有講過：模擬示波器內(nèi)部會產(chǎn)生周期性的鋸齒波信號來控制銀光平電子槍的水平偏轉(zhuǎn)，被測的電壓經(jīng)過放大后控制熒光屏電子槍的垂直偏轉(zhuǎn)。這樣一來，光斑或者亮線就清楚的顯示在熒光屏上了，就是波形嘛。

2、一度被推上神壇

在數(shù)字示波器剛剛推出的時候，很多工程師對其是不信任的，他們覺得模擬示波器才是實時示波器，而數(shù)字示波器不是實時的。事實確實如此，因為數(shù)字示波器要先把一段數(shù)據(jù)采集到高速緩存里面，然后再停止采集，再由后面的處理器把緩存里的數(shù)據(jù)取出來再進行內(nèi)插、分析、測量、顯示。特別是在21世紀之前，這個數(shù)據(jù)處理的時間要遠遠長于示波器采集波形的時間，也就是說絕大多數(shù)的波形都被漏掉了(英文文獻稱“dead time”，也即死區(qū)時間)。而模擬示波器在帶寬足夠的情況下，可以實時顯示電壓的變化情況，這在示波器發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。

3、硬傷注定將被時代拋棄

模擬示波器的優(yōu)點毋庸贅述，實時性好、原理簡單、價格便宜。但是本身的儀器原理也包含了終將會被時代拋棄的硬傷。大抵有以下幾條：

一、帶寬有限：這絕對是致命硬傷。前面已經(jīng)提到，模擬示波器的輸入信號是放大后直接控制CRT顯示屏的電子槍偏轉(zhuǎn)。雖然放大器的帶寬可以越來預(yù)高，但是CRT電子槍的偏轉(zhuǎn)速度是有限的，對于高頻信號，電子槍的速度跟不上信號變化。因此，當(dāng)前模擬示波器帶寬真的很難做上去。

二、無法存儲和分析：很多老工程師非常清楚，用模擬示波器保存波形是要拿相機拍照的，如果要測幅度、周期、上升時間，只能手動去搞。要是想測相位差、功率這些，對于數(shù)字示波器這種只是勾選一下就能完成的事情，對于模擬示波器簡直是體力活。

三、觸發(fā)能力太弱：基本只能邊沿觸發(fā)吧。想脈寬觸發(fā)?斜率觸發(fā)?根本不可能!更不要開個圖形來做模板觸發(fā)這種腦洞大開的觸發(fā)方式了。

四、性能不穩(wěn)定：畢竟是大量的模擬器件，時間長了之后指標(biāo)就不穩(wěn)了，溫漂也要比數(shù)字示波器嚴重的多。

4、示波器發(fā)展的新寵兒

在20世紀80年代開始，數(shù)字示波器逐漸嶄露頭角。特別是隨著高速ADC芯片和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器在帶寬、觸發(fā)、分析、顯示方面全面超越了模擬示波器。現(xiàn)在市面上在售的示波器基本全都是數(shù)字示波器了。

這里要強調(diào)的一點仍然是死區(qū)時間，這依賴的是數(shù)字示波器后面的處理和顯示速度。雖然在現(xiàn)有的技術(shù)水平下仍然無法做到實時處理，但是處理的速度越快，丟失的波形就越少，有關(guān)這方面性能是指標(biāo)叫做——波形刷新率。因此大家選用示波器的時候也記得關(guān)注一下這個參數(shù)，畢竟對于200MHz帶寬示波器來說，幾乎所有的品牌都會配1G的采樣率，但是波形刷新率就差好多了，國際品牌只做到的50K，甚至只有5k，而ZDS2024 Plus做到330k，波形觀測的死區(qū)時間就少了特別多，那示波器抓到異常波形的概率就更大了，這一點的差別還是很大的。