談示波器第一回——模擬還是數(shù)字？

模擬示波器好還是數(shù)字數(shù)字示波器好，這的確是一個(gè)問題，雖然模擬示波器已被數(shù)字示波器全面取代，但這并不表示模擬示波器就會(huì)消失。事實(shí)上在一些場合，模擬示波器仍然發(fā)揮著數(shù)字示波器不可替代的作用。

先來簡單了解一下示波器的歷史。

1900年，斯特拉斯堡大學(xué)的物理學(xué)教授卡爾·費(fèi)丁南德·布勞恩（ Karl Ferdinand Braun，也有譯成布朗的）發(fā)明了世界上第一個(gè)陰極射線管模擬示波器。連布勞恩自己決都沒有想到這種粗陋的裝置在幾十年后不但演化成為大眾娛樂工具——電視，而且還成為電子工業(yè)和科研實(shí)驗(yàn)室中的一種必備儀器，甚至成為軍事設(shè)備——雷達(dá)。但是示波器真正成為工程師手頭的必備工具是在1947年Tektronix推出帶有觸發(fā)功能的511之后。此前人們只能定性的查看，而無法將波形穩(wěn)定顯示在屏幕上以便進(jìn)行更好的測量。

事實(shí)上在此后的幾十年中，Tektronix幾乎引領(lǐng)了示波器的發(fā)展。Tektronix公司繼續(xù)改進(jìn)模擬示波器的功能和可用性，并在1969年首先確立了模塊化的概念，推出了7000系列示波器，并在1979年達(dá)到巔峰，推出了1GHz帶寬的7104。1983年推出了采用集成電路的2465系列，模擬示波器也到了一個(gè)全新的高度，實(shí)現(xiàn)許多類似數(shù)字示波器的功能。然而數(shù)字示波器已經(jīng)開始出現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)了一些模擬所不能實(shí)現(xiàn)的功能，慢慢的模擬示波器開始讓位于數(shù)字示波器。

數(shù)字示波器的發(fā)明最早可以追溯到1972年，由Nicolet公司首創(chuàng)，然而真正將其商業(yè)化卻是HP和Tektronix公司，在80年代，數(shù)字示波器還處在轉(zhuǎn)型階段，還有不少地方需要改進(jìn)，正是他們的貢獻(xiàn)才使得數(shù)字示波器的性能在90年代全面超越模擬。

至此兩種示波器都登上了歷史舞臺(tái)，再來看看兩者的區(qū)別。

結(jié)構(gòu)

模擬示波器的典型結(jié)構(gòu)

數(shù)字示波器的典型結(jié)構(gòu)

從這兩幅簡圖中可以看出模擬和數(shù)字的最大區(qū)別在于波形捕獲部分，模擬示波器是直接顯示在CRT上，而數(shù)字是經(jīng)過ADC采樣系統(tǒng)以后才驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行顯示，這也是模擬和數(shù)字這兩種稱謂的由來。模擬示波器的結(jié)構(gòu)看似比數(shù)字簡單，但事實(shí)上提供帶寬要示波管，垂直放大和水平掃描全面推進(jìn)，而數(shù)字則只需提高前端放大器和ADC則可以。示波管發(fā)展到了80年代已非常成熟，改進(jìn)的余地也不是很大，這直接制約了模擬示波器的發(fā)展，在出了1GHz帶寬的之后，再無質(zhì)的突破。數(shù)字示波器的情況跟模擬恰恰相反，適逢其時(shí)，趕上了集成電路和數(shù)字電路的大發(fā)展，雖然在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，帶寬并沒有突破1GHz大關(guān)。

模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)
操作簡單——全部操作都在面板上，波形反應(yīng)及時(shí)，所見即所得；
不易感生噪聲——波形更干凈，無過多噪聲耦合
數(shù)據(jù)更新快——每秒捕捉幾十萬波形，這個(gè)對應(yīng)于數(shù)字示波器的波形更新率；
實(shí)時(shí)帶寬和實(shí)時(shí)顯示——連續(xù)波形與單次波形的帶寬相同，數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時(shí)需借助內(nèi)插計(jì)算，容易出現(xiàn)混淆波形。

總之，模擬示波器為工程技術(shù)人員提供眼見為實(shí)的波形，在規(guī)定的帶寬內(nèi)可非常放心進(jìn)行測試。人類五官中眼睛視覺十分靈敏，屏幕波形瞬間反映至大腦作出判斷，微細(xì)變化都可感知。因此，模擬示波器深受使用者的歡迎。

數(shù)字示波器的優(yōu)點(diǎn)
存儲(chǔ)功能——數(shù)字示波器都有存儲(chǔ)功能，不光能存儲(chǔ)設(shè)置，還能存儲(chǔ)波形。真是利用了這個(gè)模擬示波器所不具備的特點(diǎn)，導(dǎo)致了應(yīng)用上的諸多便利。
強(qiáng)大的觸發(fā)功能——不光有模擬簡單的邊沿觸發(fā)功能，脈寬和單次觸發(fā)更是首次引入，目前幾乎所有的數(shù)字示波器都有這3種基本功能；觸發(fā)位置設(shè)定，可以任意定義觸發(fā)點(diǎn)。
強(qiáng)大的捕獲能力——可選的采樣模式，峰值，平均，包絡(luò)，可方便的捕獲毛刺
強(qiáng)大的運(yùn)算能力——不僅可進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，還能進(jìn)行FFT分析
均勻的顯示——無論是高速信號(hào)，還是低速信號(hào)，單次脈沖，還是重復(fù)波形，顯示亮度一樣均勻
自動(dòng)測量——可對電壓，時(shí)間參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測量，減少了讀數(shù)誤差
自我校準(zhǔn)——開機(jī)自檢，不需要人工對水平和垂直進(jìn)行校準(zhǔn)
連接能力——與計(jì)算機(jī)，打印機(jī)，繪圖儀方便的鏈接能力

表1 對比模擬和數(shù)字示波器，此處只對實(shí)時(shí)示波器做對比。