低價(jià)位數(shù)字示波器選型指南
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圖3雖然均滿足要求， 但各產(chǎn)品仍有不同
放大器的性能不同
仔細(xì)分析測(cè)量結(jié)果，還是可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品之間的性能差異。具體來(lái)說(shuō)，信號(hào)振幅衰減到-3dB時(shí)的頻率(即示波器的實(shí)際帶寬)是不同的。在這一點(diǎn)上，性能最佳的是安捷倫公司的DSO1014A，其實(shí)際帶寬接近200MHz。上述差異主要是由于放大器性能的不同而造成的。在以下兩種情況下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，放大器的性能將會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。
一種情況是測(cè)試帶寬接近100MHz的信號(hào)。如果被測(cè)信號(hào)的頻率超過(guò)20MHz(推薦頻率)，那么在高頻下，具有更大實(shí)際帶寬的數(shù)字示波器能夠顯示出更加準(zhǔn)確的波形。
第二種情況是測(cè)量矩形波等上升沿很陡的信號(hào)。示波器的實(shí)際帶寬越寬，則越能準(zhǔn)確地測(cè)量此類信號(hào)。在實(shí)際測(cè)量中，向示波器輸入上升沿極陡(700ps)的矩形波，然后使用自動(dòng)測(cè)量功能得到矩形波的上升時(shí)間(見圖4)。安捷倫的DSO1014A顯示信號(hào)上升時(shí)間為1.80ns，而GDS-1102A的結(jié)果則達(dá)到3.19ns。需要指出的是，這些測(cè)量超出了產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)明的推薦應(yīng)用范圍，因此得不到正確值也是正常的。在這5款示波器的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中，確?？蓽y(cè)量的上升時(shí)間的最小值及典型值均為3.5ns。
圖4頻率特性不同，上升時(shí)間也有差異
放大器的允許輸入范圍也有所不同。放大垂直軸，使得波形超出屏幕(被稱為“過(guò)驅(qū)動(dòng)”)時(shí)，很容易發(fā)現(xiàn)這一差異(見圖5a)。例如，在開關(guān)電源等的開發(fā)過(guò)程中，研究IGBT等功率半導(dǎo)體的特性時(shí)，為了更好的理解器件在導(dǎo)通情況下的損耗，就需要采用過(guò)驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行測(cè)量。如果放大器的允許輸入范圍不足，放大波形后就會(huì)導(dǎo)致放大器飽和或信號(hào)失真，于是無(wú)法觀測(cè)到正確的波形。
圖5波形的顯示能力有差別
除了放大器等模擬電路部分外，示波器的不同也體現(xiàn)在數(shù)字電路部分上。日本一家提供測(cè)試測(cè)量?jī)x器租賃服務(wù)的公司表示：“不同廠商在數(shù)字示波器的內(nèi)部計(jì)算方面都具有各自的專業(yè)技術(shù)，因此，各產(chǎn)品顯示波形的準(zhǔn)確度也有所不同?！?
由于波形更新速度不足時(shí)，視頻信號(hào)很難重現(xiàn)原有波形，因此，從視頻信號(hào)的顯示上很容易就能看出各款產(chǎn)品之間因數(shù)字電路的不同而造成的顯示差異(見圖5b)。
具有超高性能的模擬示波器的波形更新速度可高達(dá)100萬(wàn)次/秒，普通模擬示波器的波形更新速度也有數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)次/秒，所以模擬示波器在顯示視頻信號(hào)時(shí)一般不會(huì)因?yàn)椴ㄐ胃滤俣炔蛔愣霈F(xiàn)問(wèn)題。
數(shù)字示波器的波形更新速度則相對(duì)較慢。在顯示捕獲到的數(shù)據(jù)時(shí)，示波器需要通過(guò)微處理器和DSP等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這個(gè)處理所需的時(shí)間即決定了示波器的波形更新速度。在數(shù)字示波器中，某些具備高速處理電路的高價(jià)位產(chǎn)品也可以提供數(shù)十萬(wàn)次/秒的波形更新速度。
但對(duì)于低價(jià)位數(shù)字示波器產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，很多廠商都沒(méi)有在數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)明產(chǎn)品的波形更新速度。雖然可以通過(guò)咨詢廠商而得到該數(shù)值，但通常只有數(shù)十至數(shù)千次/秒，不同產(chǎn)品之間還存在不小的偏差(見表2)。如果利用波形更新速度僅為數(shù)百次/秒的產(chǎn)品來(lái)顯示視頻信號(hào)，通常無(wú)法完整顯示出原有波形。例如，如果只是顯示一張彩色圖表，那么波形更新速度只需1000次/秒即可正常顯示；但如果要顯示模擬視頻信號(hào)，就需要1萬(wàn)～10萬(wàn)次/秒的波形更新速度。
當(dāng)需要利用示波器來(lái)觀測(cè)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)部件中的PWM(脈寬調(diào)制)、PAW(脈幅調(diào)制)等控制波形時(shí)，波形更新速度也非常重要。此次也在100kHz～500kHz的頻率范圍內(nèi)對(duì)5款低價(jià)位數(shù)字示波器產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)試，令其顯示振幅變化70%的100Hz掃描信號(hào)。結(jié)果顯示，波形更新速度低于幾百次/秒的產(chǎn)品無(wú)法跟上掃描速度。
除了視頻信號(hào)和電機(jī)控制信號(hào)以外，示波器在測(cè)量傳感器的輸出或低速串行信號(hào)等時(shí)，也需要較高的波形更新速度。有些傳感器輸出數(shù)字信號(hào)，會(huì)將模擬值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)脈沖，如果要對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，就需要1000次/秒的波形更新速度。而對(duì)于輸出模擬信號(hào)的傳感器來(lái)說(shuō)，較低的波形更新速度即可滿足需求。
測(cè)量I2C與SPI等低速串行信號(hào)時(shí)，如果要確認(rèn)數(shù)據(jù)改變的時(shí)序，那么也必須選擇波形更新速度為100～1000次/秒的產(chǎn)品。在這種情況下，雖然波形更新速度越高越好，但如果帶寬僅為100MHz，那么速度再高也沒(méi)有太大意義。如果想獲得更詳細(xì)的信息，就應(yīng)該選用高價(jià)位的示波器產(chǎn)品。
廠商的目標(biāo)應(yīng)用不同
如上所述，各廠商的低價(jià)位數(shù)字示波器產(chǎn)品都有所不同，而且，如果像選擇模擬示波器一樣去選購(gòu)數(shù)字示波器產(chǎn)品，有可能會(huì)達(dá)不到自己想要的測(cè)量效果。不過(guò)，低價(jià)位數(shù)字示波器產(chǎn)品的差別通常只會(huì)體現(xiàn)在非常規(guī)測(cè)量中，在普通應(yīng)用中基本可以認(rèn)為它們沒(méi)有差別。
在示波器走向數(shù)字化之后，雖然大部分主要部件都可以選用通用產(chǎn)品，但由于各廠商的目標(biāo)應(yīng)用不同，因此在元器件選擇、電路設(shè)計(jì)等其它方面也有差別。在極限測(cè)量情況下，波形質(zhì)量也會(huì)不同。
目前的趨勢(shì)是，主要生產(chǎn)低價(jià)位產(chǎn)品的新興廠商希望能夠提供更多的功能及更好的性能，而巨頭廠商則希望能夠?qū)?yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行細(xì)分。泰克(日本)公司市場(chǎng)經(jīng)理柴崎裕士表示：“我們提供用于觀測(cè)波形的低價(jià)位示波器，其功能僅限于觀測(cè)信號(hào)值(電壓)、頻率、周期等。如果需要進(jìn)行更多分析，我們則可提供波形更新速度更快、存儲(chǔ)深度更大的產(chǎn)品。”安捷倫公司的佐藤利宏也表示：“如果需要測(cè)量模擬電視信號(hào)，我們推薦波形更新速度高達(dá)10萬(wàn)次/秒的高端產(chǎn)品?！?
在選擇低價(jià)位數(shù)字示波器時(shí)，用戶必須充分了解自己的測(cè)量需求。低價(jià)位示波器的目標(biāo)應(yīng)用通?？梢苑譃閮深?，一類是用于在調(diào)試嵌入式軟件時(shí)觀測(cè)低速數(shù)字信號(hào)的波形以確認(rèn)高電平/低電平時(shí)序，另一類是用于取代具有同樣帶寬的模擬示波器。
對(duì)于第一類應(yīng)用，由于波形質(zhì)量不太重要，因此只要選擇帶寬合適的示波器即可。此外，有些數(shù)字示波器產(chǎn)品是專門針對(duì)這種應(yīng)用開發(fā)的，這些產(chǎn)品沒(méi)有采用具有較高性能的部件，從而降低了整體成本。廠商還可將節(jié)約的部件成本用來(lái)擴(kuò)大存儲(chǔ)深度或增加通道，以確保測(cè)量時(shí)間。對(duì)于第二類應(yīng)用，就像在過(guò)驅(qū)動(dòng)測(cè)量與視頻信號(hào)測(cè)量的例子中所看到的那樣，不是所有產(chǎn)品都具有足夠的性能以應(yīng)對(duì)必需的測(cè)量要求。
評(píng)論