【经验】Keysight对实时示波器与采样示波器进行详细剖析—两者概念、区别及应用优势

所有现代示波器都被归类为数字存储示波器（DSO），它们以数字方式采样、存储并向用户显示信号--但实现这一目的的技术可能因不同的示波器而不同。您可能听说过的两个不同类别是实时示波器和采样示波器，它们在特定的应用中各有优势。了解这两种仪器的区别有助于确定哪种仪器更适合使用。

相似的名字，不同的方法

首先，让KEYSIGHT为您理清实时示波器、采样示波器的术语。

-实时示波器，顾名思义，通过足够快的采样速度将输入实时数字化，以准确捕捉和显示输入的信号。显示器上的每个数据点都是在前一个点之后直接采样的。这些仪器有时被称为单次拍摄示波器，因为它们能够通过一次采集捕获连续信号。这是市场上最常见的示波器类型。

-采样示波器或数字通信分析仪（DCA）使用不同的方法对信号进行采样和显示，在多次 "扫描 "时间窗口的过程中对每个触发的单一数值进行数字化。这是通过在每次迭代时增加一个小的、固定的延迟来完成的，从而产生另一个类似的名称：等效时间采样示波器。但这两个名字都会导致一些混淆：所有的数字示波器都以一种或另一种方式使用采样，而一些实时示波器可能包括一种称为"随机等效时间采样"的模式。在Keysight，我们将采样示波器描述为数字通信分析仪，以突出采样示波器在表征数据中心和有线电信系统中使用的高速数字信号方面的优势。

这里有一个类比来帮助理解这两类示波器的区别。比方说，我们想记录一个自行车车轮的旋转，以旋转1度的增量捕获车轮的完整旋转。解决此问题的一种方法是使用具有非常高帧速率的摄像机--速度快到足以在一次旋转的时间段内捕捉到360幅图像。使用这种方法，您可以在看到轮子转动一次后捕捉到所有独特的角度位置。

或者，假设您没有摄像机，而是有一台一次只能拍摄一张照片的相机。然而，这台相机可以被编程为在给出信号后的一个特定的时间后捕获图像。假设每次轮子处于0°时都有一个信号提供给相机，您可以对相机进行编程，让它在1°时拍摄一张照片。在下一次旋转时，您可以在2°时拍一张照片，然后是3°，以此类推。在拍摄了360张图片后，它们可以被排列在一起，形成整个旋转过程的动画。

在这个类比中，摄像机就像一个实时示波器，而单帧摄像机就像一个采样示波器。一致的、重复的信号像旋转的轮子，就是采样示波器的用途。非重复的信号，像一个随机改变速度或方向的轮子，就是需要一个实时示波器的地方。

捕捉完整的动画可以在一次旋转过程中用摄像机实时完成，或者由多次旋转过程中拍摄的许多单幅图像拼接而成。

实时示波器和采样示波器之间的一些关键区别是什么？

查看波形

实时示波器使用一个独立于它所捕获的信号的内部采样时钟，并且比它捕获的信号更快，使它有强大的能力来评估输入信号本身以决定何时开始采集。这提供了更多的调试灵活性，因为触发可以基于任意的标准，如电压电平或模式。这也允许收集触发前的样本，提供对偶发事件之前和之后的行为的洞察。

实时示波器使用一个内部采样时钟，并存储触发信号前后的采样数据。

采样示波器与数据同步进行采样，需要一个明确的或恢复的时钟信号。明确的时钟与数据信号（如I2C总线上的SCL信号）一起提供，并与之分开。另外，时钟信号可以通过一个称为时钟恢复的过程从数据信号本身获得，由一个单独的设备或采样示波器内的一个子系统执行。

为了捕捉一个波形，采样示波器需要一个重复的模式，因为采集是在多个过程中完成的。来自时钟信号的模式触发器提供了一个触发点，之后进行采样。在每次模式触发后，在离模式触发点稍远的采样点进行新的采样并反复进行。然后，采样示波器使用获得的样本重建波形。

在采样示波器上可以通过多次扫描和逐步延迟采样的时间来观察一个重复的波形。

创建眼图

眼图是评估高速电气和光学总线信号完整性的一个关键工具。一个实时示波器可以通过一个被称为 "实时眼图"多步骤的过程创建眼图：

1. 示波器对一个记录进行足够长的采样，以捕捉每个可能的符号转换的许多实例。

2. 每个符号的边界是通过使用一个外部提供的时钟或通过时钟数据恢复来确定的。

3. 示波器覆盖所捕获的转换，以提供总线转换的可视化表示，并深入了解发射器提供接收器可以准确解释的信号的能力。

实时示波器可以创建 "实时眼图"，提供对噪声和抖动等总线特性的洞察。

与波形捕捉一样，在采样示波器上创建眼图是通过多过程采样方法实现的--但眼图不是模式触发，而是使用时钟信号（明确的或恢复的）作为触发。对于每个时钟触发，在一个特定的延迟后进行采样，该延迟随着每次迭代而逐渐增加。这个过程对每个采样点都要重复多次，以建立视觉眼图。

采样示波器可以通过在一个特定周期内的多点采样来创建眼图，捕捉到符号转换的每一个组合。

带宽和分辨率

实时和采样示波器的带宽都可以达到100GHz以上，能够用于最新的高速数字应用。由于采样示波器可以在多个周期内采样，它们可以使用采样率较低、垂直分辨率较高的ADC，通常可达14位。另一方面，实时示波器需要一个采样率比指定带宽快得多的ADC，以准确地实时捕获信号，这需要在垂直分辨率上做出妥协。

模块化和接口

实时示波器通常有4到8个永久安装的电子输入通道。相反，采样示波器可以有电子、光学和TDR通道的组合。Keysight提供具有不同组合配置的DCA-M独立小型DCA，以及具有各种插件模块的DCA-X宽频采样示波器平台，可进行精密的光、电和时域反射/传输（TDR/TDT）测量。

Keysight N1000A DCA-X主机有4个托架，可以配置适合应用的模块。

哪种类型的示波器适合我的应用？

实时示波器和采样示波器在许多功能上是重叠的，包括构建眼图、使用直方图和测量抖动。两者之间最大的区别是实时示波器捕捉非重复信号或触发数据信号本身的能力，使实时示波器更适合于调试信号的表现。当试图对一个需要定义复杂触发条件的间歇性问题进行故障排除时尤其如此。

与采样示波器相比，实时示波器的另一个优势是它对许多协议和标准的解码和测试的广泛支持。Keysight的Infiniium系列实时示波器可以用软件来解码、调试和测试当今许多行业关键的通信协议，包括最新一代的USB、DDR和PCI Express。

采样示波器在对噪声和抖动要求最严格的使用情况下显示出其真正的实力。采样示波器的一个关键应用是光收发器制造测试，其性能和价格的结合使数字通信分析仪成为理想的解决方案。

虽然这两种类型的示波器都可以满足今天一个特定应用的需要，但您也要评估您未来的需要，因为实时示波器通常会提供更多的调试能力，支持更多的行业标准，并具有更广泛的特定应用软件包。