示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。

  自然界运行着各种各样的形式的正弦波，比如海浪、地震、声波、爆破、空气中传播的声音，或者身体运转的自然节律。物理世界里，能量、振动粒子和不可见的力无处不在。即使是光（波粒二象物质）也有自己的基频，并因为基频的不同呈现出不同的颜色。通过传感器，这些力可以转变为电信号，以便通过示波器可以有效的进行观察和研究。有了示波器，科学家、工程师、技术人员、教育工作者和他人能够“观察”随时间变化的事件。

  示波器是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物。当今世界瞬时万变，工程师们需要最好的工具，快速而精确地解决测量疑难。在工程师看来，面对当今各种测量挑战，示波器自然是满足规定的要求的关键工具。示波器的用途不仅仅局限于电子领域。示波器利用信号变换器，适用于各种各样的物理现象。信号变换器能够响应各种物理激励源，使之转变为电信号，包括声音、机械应力、压力、光、热。麦克风属于信号变换器，它实现把声音转变为电信号。由示波器收集科学数据的例子如图1所示。

  从物理学家到电视修东西的人，各种人士都使用示波器。汽车工程师使用示波器来测量发动机的振动。医师使用示波器测量脑电波。描述示波器的用途是没有止境的。

  电子设备可以划分为两类：模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化连续，而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。传统的电唱机是模拟设备，而CD 播放器是属于数字设备。同样，示波器也能分为模拟和数字类型。模拟和数字示波器都可以胜任大多数的应用。但是，对于一些特定应用，由于两者具备的不同特性，每种类型都有适合和不适合的地方。作进一步划分，数字示波器可大致分为数字存储示波器（DSO）、数字荧光示波器（DPO）和采样示波器。

  初期主要是模拟示波器（CRT），始创于二十世纪四十年代，最早应用于雷达和电视的开发泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础。

  在本质上，模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。示波器屏幕通常是阴极射线管（CRT）。电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物质。当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射的频度越大，显示得也越亮。CRT 限制着模拟示波器显示的频率范围。在频率很低的地方，信号呈现出明亮而缓慢移动的点，而很难分辨出波形。在高频处，起局限作用的是CRT的写速度。当信号频率超过CRT的写速度时，显示出来的过于暗淡，难于观察。模拟示波器的极限频率约为1GHz。当把示波器探头和电路连接到一起后，电压信号通过探头到达示波器的

  垂直系统。图解出模拟示波器是如何显示被测信号。设置垂直标度（对伏特/ 格来控制）后，衰减器能够减小信号的电压，而放大器能增加信号电压。随后，信号直接到达CRT的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板，引起亮点在屏幕中移动。亮点是由打在CRT内部荧光物质上的电子束产生的。正电压引起点向上运动，而负电压引起点向下运动。

  中期数字示波器独领风骚 （DSO），始创于二十世纪九十年代，数字示波器提高带宽到1GHz以上，全面性能超越模拟示波器。

  数字荧光示波器（DPO）为示波器系列增加了一种新的类型。DPO的体系结构使之能提供独特的捕获和显示能力，加速重构信号。DSO 使用串行处理的体协结构来捕获、显示和分析信号；相对而言，DPO为完成这些功能采纳的是并行的体系结构，如下图所示(Tek DPO)。DPO采用ASIC硬件构架捕获波形图象，提供高速率的波形采集率，信号的可视化程度很高。它增加了证明数字系统中的瞬态事件的可能性。随后将对该并行处理体系结构可以进行阐述。

  带宽很低，1MHz左右，灵敏度很高，可到几十微伏每格，用以测量和显示一般示波器不能观察到的各种微弱的电信号。

  正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可以视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。对于非正弦波由最小值过渡到最大值的时间越短，所含的谐波分量也就越多，波形所含谐波的频率也越高。

  比如：方波是由基波以及3,5,7,9……次谐波分量递加而成(这个咱们在介绍FFT的时候有讲解)。

  DSO 第一部分（输入）是垂直放大器。在这一阶段，垂直控制系统方便您调整幅度和位置范围。紧接着，在水平系统的模数转换器（ADC）部分，信号实时在离散点采样，采样位置的信号电压转换为数字值，这些数字值称为采样点。该处理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定ADC采样的频度。该速率称为采样速率，表示为样值每秒（S/s）。来自ADC的采样点存储在捕获存储区内，叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点。波形点共同组成一条波形记录。创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。触发系统决定记录的起始和终止点。DSO信号通道中包括微处理器，被测信号在显示之前要通过微处理器处理。微处理器处理信号，调整显示运行，管理前面板调节装置，等等。信号通过显存，最后显示到示波器屏幕中。在示波器的能力范围以内，采样点会经过补充处理，显示效果得到增强。能增加预触发，使在触发点之前也能观察到结果。

  目前大多数数字示波器也提供自动参数测量，使测量过程得到简化。DSO 提供高性能处理单脉冲信号和多通道的能力。DSO是低重复率或者单脉冲、高速、多通道设计应用的完美工具。在数字设计实践中，工程师常常同时检查四路甚至更多的信号，而DSO则成为标准的合作伙伴。

  数字示波器带宽也称为模拟带宽，指示波器前端输入放大器的带宽，相当于一个低通滤波。定义为在幅频特性曲线中，随正弦波频率的增加，信号的幅度下降到3dB(70.7％)，此时的频率点称为示波器的带宽。

  在波形的主要谐波分量中提到过，如果要对波形做准确测量应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波分量。因此对于正弦波能要求示波器的带宽大于波形的频率，但是对应非正弦波则要求示波器的带宽大于波形的最大主要谐波频率。

  1. 由于低带宽导致的主要谐波分量消失，使原本规则的波形呈圆弧状接近正弦波。

  下列图示为一个10MHz的方波在200MHz带宽和10MHz带宽示波器上的显示效果图。

  测定示波器带宽的方法：在具体操作中准确表征信号幅度，并运用5倍准则。使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过＋/－2%，对今天的操作来说已经足够。然而， 随着信号速率的增加，这个经验准则将不再适用。记住，带宽越高，再现的信号就越准确。

  采样率指示示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数据，并且顺序存储的过程。

  采样速率：表示为样点数每秒（S/s），指数字示波器对信号采样的频率，类似于电影摄影机中的帧的概念。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丢失的概率就越小，若需要观测较长时间范围内的慢变信号，则最小采样速率就变得较为重要。典型地，为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制按钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。

  如何计算采样速率？计算方式取决于所测量的波形的类型，以及示波器所采用的信号重构方式。为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯特定理规定，信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。由于没示波器能够给大家提供无限时间的记录长度，而且，从定义上看，低频干扰是不连续的，所以，采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。在使用正弦插值法时，为了准确再现信号，示波器的采样速率至少需为信号最高频率成分的2.5 倍。使用线性插值法时，示波器的采样速率应至少是信号最高频率成分的10 倍。一些采样速率高达20GS/s,带宽高达4GHA的测量系统用5倍于带宽的速率来捕获高速，单脉冲和瞬态事件。

  实时采样在一次触发事件期间捕获所有用于重建波形的样本点，它要求采样率至少为被测波形最高频率分量的5倍。

  如上图所示，① 表示第一次触发所采样的数据点，并且一次就完成一个采样过程。

  等效采样是在多个触发事件上捕捉样本点，要求输入的波形为重复波形。对于每个触发事件示波器会捕捉多个样本点，并把它们与原已捕捉的样本点组合到一起。

  如上图所示，①②③ 第1，2，3次触发事件所采样的数据点，1，2，3次触发相互间隔错开。

  等效采样对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。

  等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。

  等效采样是用较低的实时采样率实现高采样率的效果的一种采样方式。它的主要特点：

  4. 波形构建速度稍微要比实时采样慢（Normal触发方式，1Hz方波演示）。

  平均采样 ：指将多次普通采样的波形进行算术平均，多用于信号本身噪声比较大时。

  峰值检测：指通过采集采样间隔信号的最大值和最小值，获取信号的包络或可能丢失的窄脉冲。

  要求观察整个周期，当使用普通采样方式时，采样率为10K，如前面描述存在波形漏失现象，无法捕获完整信号。使用峰值检测，采样率为1G，获取间隔最大最小值，就能获取完整的周期信号。

  波形失真是由于某些问题造成示波器采样显示的波形与实际信号存在比较大的差异。

  混淆是指当采样率低于实际信号最高频率2倍（耐奎斯特频率）时所出现的一种现象。

  如下图，由于采样率低于实际信号的频率，导致结果采集的波形频率低于实际信号频率。这种信号频率与实际信号不同，它却能表示正确的波形形状，往往还具有正确的幅度。

  记录长度表示为构成一个完整波形记录的点数，决定了每个通道中所能捕获的数据量。由于示波器仅能存储有限数目的波形采样，波形的维持的时间和示波器的采样速率成反比。

  现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节来优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要500 点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。 最大记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长度，是为捕获和显示单次信号过渡过程提供的重要指标。

  示波器的存储由两个方面来完成：触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点。示波器的存储深度决定了数据存储的终点。记录时间＝存储深度/ 采样率

  由于时基和采样率是联动的，所以时基的速度快慢将同时改变采样率的高低。当采样率达到指标定义最高速率时，加快基速度的调整，采样率将不能加快。

  时基与采样率的关系应为：存储深度（点）¸时间/格´10＝采样间隔. 1/采样间隔＝采样率

  示波器最高采样率决定示波器单次带宽的限制，为保证波形精确复现建议：正弦内插技术示波器以:采样率/ 5＝单次带宽的公式计算单次带宽，线性内插技术示波器以:采样率/10＝单次带宽公式计算。

  采样率不足将限制示波器单次带宽。如果示波器在全带宽范围内，对单次信号实现捕获和精确复现。只有采样率高于示波器带宽5倍以上（正弦内插），才能使示波器的重复信号带宽＝单次信号带宽。示波器存储长度对波形的记录是以波形精确捕获为前提。当信号频率或速度超过单次带宽的限制（信号不能重组），即使示波器带宽对信号不产生一定的影响，但由于采样不足将造成显示信号的混叠、畸变和漏失。就是示波器有在长的存储，存储的波形也是畸变的失真波形。当单次信号中的高频成份，低于示波器的单次带宽，才可能正真的保证信号的高频细节。此时存储长度越长，波形记录时间越长。存储深度短，将丢失波形部分时间的信息。

  刷新率是指1秒内示波器捕获波形的次数，刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生的概率。

  对于示波器来说，波形刷新率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。

  所有的示波器都会闪烁。也就是说，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再做测量。这就是波形捕获速率，表示为波形数每秒（wfms/s）。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内，采样输入信号的频率，波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着非常大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的不正常的情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。

  数字存储示波器（DSO）使用串行处理机制，每秒钟可以捕获10到5000个波形。一些DSO提供一种特殊的模式，它能迅速把各种捕获信息存储到海量存储器中，暂时提供较高的波形捕获速率，而随后是较长的一段处理时间，这段处理时间内不重新活动，减少了捕获稀少和间歇事件的可能性。

  大多数数字荧光示波器（DPO）采用并行处理机制来提供更高的波形捕获速率。一些DPO可以在一秒钟之内获得数百万个波形，大幅度的提升了捕获间歇的和难以捕捉事件的可能性，并能让用户更快地发现信号中存在的问题。而且，DPO的实时捕获和显示三维信号特性（如幅度、时间以及幅度的时间分布特性）的能力使其能获得更高等级的信号特性。

  触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候，都从输入信号上与定义的相同的触发条件开始，这样每一次扫描或采集的波形就同步，可以每次捕获的波形相重叠，从而显示稳定的波形，或保证单次信号的捕获：

  示波器的触发电路大多数都用在帮助对对所要的波形做定位。根据不同的信号特征和测量目的，可以再一次进行选择不同的触发类型。但是，最常用的还是边沿触发：

  波形进入触发比较器的正输入端，在这里与另一个输入端上的触发电平电压作比较。触发比较器有上升沿输出和下降沿输出。当您的波形的上升沿穿越触发电平时，上升沿比较器输出变为高，而下降沿输出变为低。当波形的下降沿穿越触发电平时，上升沿输出变为低，而下降沿输出变为高。示波器使用您选择的输出作为触发输出。

  数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发位置之前的事件，其称之为预触发。这是因为数据被连续地存储到内存中，直到触发事件发生，并且采样数据达到存储深度一次触发结束为止。

  触发点之后的数据称之为延迟触发。同时能变更触发位置，以改变延迟触发和预触发的数据长度。

  自动：即使没有触发，自动模式也能引起示波器的扫描。假如没有信号的输入，示波器中的定时器触发扫描。有信号显示信号，没信号显示水平基线。

  普通：当输入信号不能够满足触发条件时，不扫描，示波器没有一点显示。只有当输入信号满足设置的触发点条件时，才进行扫描，并将最后捕获到的信号冻结显示在屏幕上。如符合触发条件，再次进行捕获，清除上次信号，保留冻结此次的波形。

  单次：当输入的单次信号满足触发条件时，进行捕获（扫描），将波形存储和显示在屏幕上。此时再有信号输入示波器不予理会。有必要进行再次捕获一定要进行单次设置。

  注：在实际应用中，采用普通触发模式即使触发以很慢的速率发生，也能观测感兴趣的内容。对低重复的信号捕获是非常有意义。

  由于示波器的输入信号经放大器分两路，一路进入A/D采样器；一路到触发电路，形成触发信号。

  触发耦合是触发信号与触发电路的耦合方式，就像垂直系统输入一样，可为触发信号选择各种耦合方式。正确的选择触发耦合可使示波器稳定触发。耦合方式：

  HF抑制：使触发信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即使一个频率低的信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。

  LF抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分。这意味即使一个高频信号中包含很多低频噪声，仍能使其按低频信号触发。这对于显示包含很多电源交流信号时情况是很有用处的。

  脉宽触发是让示波器通过寻找波形中比其它脉冲宽、窄或相等的脉冲来确认脉冲宽度触发。

  如上图，由于信号在波形的沿上都具有触发点，如果采用正常的边沿触发方式将无法准确捕捉到关心的异常脉宽的信号。

  采用脉宽触发功能，监视脉冲宽度，通过与设置脉宽进行比较（>

  、

  <、=），达到捕捉异常脉冲的功能。

  一组序列脉冲在采用正常的边沿触发方式下，由于每次触发时，触发点位于不同脉冲的上升沿上，因此波形显示混乱。

  触发释抑通过控制释抑时间——触发电路重新再启动的时间，可使复杂的波形稳定显示。如下图，使用触发释抑让触发点总是位于脉冲序列的某个同一脉冲上。

  李莎育图形是以通道1来表示x轴，通道2来表示y，可通过李莎育图形来定性观察两通道之间的相位差。下表列出图形与相位的关系：

  在使用FFT观察频域的时候，绝大多数测量都要求使用窗函数，如 Hanning 或 Rectangular窗函数。 它们都适合典型的频率分析测量。选择这两种窗函数要在频率分辨率和幅度准确度间进行权衡。

  本章节主要讲解了示波器的基础知识，初学的话一定要把这部分基础的知识点掌握，因为示波器是我们硬件调试必不可少的设备。关键字：引用地址：【二代示波器教程】第1章 示波器基础知识

  一、什么是示波器带宽?购买时，我们如何决定买多大带宽的示波器？ 答: 示波器带宽指的是正弦输入信号衰减到到其实际幅度的70.7%时的频率值,即-3dB点,基于对数标度.(带宽越高,信号的再现越准确.如只有少数的带宽,示波器将无法分辨高频的变化.幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失. 如只有少数的带宽,得到的关于信号的所有特性,响铃和振铃等都毫无意义.) 二、实时采样率是否越大越好？ 答：越大越好。 三、在啥状况下测试需要将示波器的电源地线不接？ 答：被测信号的地线与示波器的外接电源线的地线共地。 四、示波器的各种触发方式各适合测试什么样的信号？ 答：视频触发适合测试标准视频信号，边沿触发适合测试具有上升或

  实时示波器就像adc一样 实时示波器有时也称“单次”示波器，它在每个触发事件上捕获一个完整波形。也就是说，它在一个连续记录中捕获大量的数据点。为越来越好的理解这种数据采集类型，我们将实时示波器假设为一个速度极快的模数转换器。其中采样速率决定采样间隔，存储器深度决定要显示的点数。为了捕获波形，ADC采样速率要明显快于输入波形速率。该示波器采样速率能够达到40GSa/s，决定了该宽带目前可扩展到13GHz 触发实时示波器 能够准确的通过数据本身的特性来触发实时示波器，并且通常输入波形的幅度达到一个特定闭值时，能发就会发生。示波器此时开始以异步速率（与输入波形的数据速率没有一点关联）将模拟波形转换为数字数据点。该转换速率即采样速率，它通常源

  的对比和原理分析 /

  早就有人通过PC声卡的输入(麦克风孔)来做模拟示波器，但是用手机来实现的比较少。用J2ME的MMAPI实现模拟示波器，具体效果稍逊于智能机，因为智能机可以实时读取麦克风输入流，而J2ME还需要有短暂的缓冲构成了阻塞，不过，实现出来玩一下还是足够了。 先贴出效果图： 左图是程序在WTK运行的结果，右图是Audition读取音频输入口的波形，信号源是一个经过信号放大的压力传感器。 程序使用NetBeans + LWUIT类库，接下来贴出全部代码：and; import com.sun.lwuit.Display; import com.sun.lwuit.Form;

  测试设备： 1.MCU:STM32G0 2.485芯片：3peak 3.示波器：普源RIGOL DS1054Z 知识点： 1.A高B低：1 2.B高A低：0 3.起始信号： 由1变0一个bit时间 4.停止信号： 由0变1一个bit时间 5.空闲态： 一直是1（A高B低） 6.发送顺序：先发送低位再发送高位，比如发送0x53（01010011），先发送低四位，再发送高四位，并且低四位发送也是先从低到高发，所以示波器看到的应该是（11001010） 数据格式说明： 1.波特率：4800 2.起始位：1位 3.数据位：8位 4.校验位: 无 5.停止位：1位 测试 1.发送两个字

  分析485波形图 /

  如何确定时基 假如要测量的波特率为9600, 则每一比特位的时间为：1/9600 ≈ 104 μs，一般示波器横向上每个大格子里5个小格子，要想看清一比特位通常要一个小格子就够了，则时基为：104 μs * 5 = 520 μs, 也就是说时基要500 μs。 注意：测量时选择的耦合方式为直流，边沿类型为下降沿，所测串口的电平为TTL 电平，该电平的串口在不传输数据时电平为高，靠拉低判断起始位。 下图是测9600波特率，所发数据为0x55: 所用示波器为 汉泰的 IDSO1070。从光标测量能够准确的看出AB之间的时间为107.422 μs，和计算的104 μs 差不多。 下图为波特率9600，所发数据为0x00，

  测量串口 /

  1 引言 虚拟仪器(VI-ViItuaIInstrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面操作计算机，就像在操作自己定义、自己设计的单个仪器一样，从而完成对被测量的采集、处理、分析、判断、显示、数据存储等。在这种仪器系统中，各种复杂测试功能、数据分析和结果为都完全由计算机软件完成，在很多方面较传统仪器有不能够比拟的优点，如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低、一机多用等，这些使得虚拟仪器成为未来电子测量仪器发展的主要方向之一。 当今虚拟仪器系统开发采用的总线串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线、PCI总线总线即Firewire

  术语的解释其实十分困难，虽然本身的目的是为了让不懂此领域的新人快速入门，但往往术语解释中又包含各种术语，令学习者头疼。本文在讲述示波器性能相关术语时，将尽可能的简洁明了，让刚学习示波器的人，能够有大致的了解，帮助新人快速地接受这些术语。 示波器的波形相关术语 具有时空周期性的事物就可以称之为波，波动是时间和空间的双重周期运动。例如，声波，水波，脑电波，电磁波等。而示波器测量的是电压的波动。一个波的周期，就是波数次重复的其中一次所花的时间。波形就是波的图像表达模型。电压波形展示的就是电压（Y轴）随时间(X轴)的变化。 从这个波形中我们大家可以得出改信号的大量信息。从波形高度的改变，你得知电压的改变。 如果波形的其中一段出

  的常用术语解析 /

  纹波是电源的核心指标，但如何准确测量纹波却是一个被广泛忽略的问题。也许您认为不就是示波器交流耦合，然后把探头点在电源上吗？事实远非如此，这里普科科技PRBTEK将为您呈现纹波测试的正确方式。 一、探头的选择 在十几年前，很多公司的电源测试标准中都有明确的规定，要求使用1:1 探头做测量。因为这种探头不会损失示波器的测量档位，比如示波器原来最小档位是2mv/div，使用1:1探头就仍旧能通过这个档位测量纹波，即可以准确测量出10mv以内的纹波。但是由于这种探头的带宽只能做到6MHz左右，所以随着开关电源频率的提升，这种探头便不再适合使用。 目前常用的电源测量探头是10:1无源探头、100:1无源探头、高压差分探头。探头的

  探头 /

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