示波器的作用有什么？

示波器是一种电子测试仪器，它以图形方式将变化的电压显示为一个或多个信号随时间变化的二维图。主要目的是在屏幕上显示重复的或单一的波形，然后可以分析显示的波形的幅度、频率、上升时间、时间间隔、失真等属性。示波器由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。示波器除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。示波器用于科学、医学、工程、汽车和电信行业。

通用仪器用于电子设备的维护和实验室工作，示波器的主要作用包括：

•示波器是用于观察电信号电压随时间变化关系的仪器，用于分析信号的时域特性。

•直观的测试信号的周期、相位、边沿时间以及多个信号对比，可以直观的观测信号随时间变化的幅度变化规律等

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。

传统的模拟示波器的工作原理

示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

示波器的外形

Keysigh InfiniiVision 6000 X 系列示波器

示波器的应用

示波器的三大应用场景如下：

示波器应用一：通用信号的调试，波形观察与基本波形参数测量，电路诊断与异常情况捕获。用示波器检测电路，实际上是和用万用表检测电路类似，了解电路的大致电压情况，就能很快根据电压情况找到问题的所在。知道被测点波形啥样，进行对照。

示波器应用二：信号的高级分析，串行信号的解码可以把纵向上承载的内容解码出来。眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度。

眼图是一个信号视图，其中的波形是通过数据速率触发的。实时眼通过采集数执行时钟恢复并将连续的单位间隔叠加（折叠）到一个图中来完成此操作。这是一个以色级形式表示的统计信息视图。眼图如下：

示波器眼图

示波器应用三：超宽带信号的调制域分析，可以把频谱仪当下变频器，UWB带宽500MHz以上甚至到几个G，用示波器显示。UWB通信系统中，不需要「正弦载波」作为载体，而是直接发射电磁脉冲，通过调节脉冲的幅度(PAM，脉冲振幅调制）和脉冲的位置(PPM，脉冲位置调制）等方式来传递信息。

示波器的分类

模拟示波器

直接测量信号电压，核心部件是阴极射线示波管，电子枪发射出电子束，经过Y偏转板和X偏转板后电子束射向荧光屏。

数字示波器

通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止，随后，数字示波器重构波形。

数字示波器结构图

这是一张数字示波器的内部结构图，整个硬件架构分为四部分：

1.示波器的模拟前端部分，主要有衰减器和放大器组成；经过模拟前端后，信号被调节到合适的幅度，就可以较为理想被ADC进行模数转换。放大器决定了示波器的关键指标：带宽，决定示波器能处理的信号频率范围。放大器的另外两个作用是垂直偏置和提供匹配电路驱动ADC和触发电路。

2.模数转换器先对输入信号进行采样，将输入波形转化成采样点，通过将采样点量化和编码存储在示波器的通道内存中，采样率决定决定示波器时间相关测量的精度。

3.从模拟前端的输出另一路连接触发电路，当输入信号波形满足预设的触发事件后，时基会将触发事件发生的时刻设定为初始时刻计算接下来采样点的时间最终显示在屏幕上。

4.由于示波器的采样率都很高，每秒几十G，数字示波器需要高速缓存来存储采样的数据，单位存储空间的实现成本非常高。目前可以做到每通道2G。

5.波形的重建和显示。数字示波器先把数据存在高速缓存，然后由CPU把缓存里的数据取出再分析、显示。

此结构为普通低端示波器结构，而目前高端示波器大多加入ASIC芯片，是德科技示波器使用FPGA等。

示波器可以测量什么

●基本波形参数测量与电路异常诊断
●高速信号完整性分析（眼图、抖动分析）
●标准总线一致性分析（USB、PCle、DDR、HDMI等）
●串行信号解码（I2C、SPI、CAN等）
●宽带信号的调制分析（UWB、雷达等）

示波器使用注意事项

•示波器通道的输入电压不要超过标称值；-50ohm接入时，最大电压不超过5Vrms；1Mohm接入时，不超过150Vrms；

•避免在示波器工作时突然断电；

•避免使用接触不好的劣质接线板；

•避免将示波器背部的散热口对着其他设备的散热口，避免遮挡示波器背部散热口；

•不要在示波器上装载非KEYSIGHT之外的软件（包括第三方杀毒软件等）

•示波器工作时，周围要保留足够的散热空间，保证空气气流流通；

•保持示波器工作环境的干净，温度、湿度在示波器允许的范围之内；

-示波器工作温度为5℃~40℃，建议在25℃环境下工作

•保持示波器供电电源的稳定，突然的断电可能导致示波器的损坏；

-保持示波器的工作电压为220V，50Hz或60Hz；

•保持示波供电环境地线的接触良好；

•保持示波器各通道的BNC接口清洁、干燥；

•插拔示波器探头时，要带防静电手环，防止静电对设备的损害；

•搬运示波器之前要先关机，要确保示波器的所有连接断开；搬运过程中轻拿轻放；

示波器、频谱仪和矢量网络分析仪有何区别？

示波器

对于如今的模拟和数字电路来说，示波器是进行电压和定时测量的重要工具。示波器这一测量工具也是在各个电路实验中用来测试和验证实验作业及设计的最常用仪器。

示波器是一种电子测量仪器，可以在无干扰的情况下监控输入信号，随后以图形方式采用简单的电压与时间格式显示这些信号。

请注意，所有的示波器基本上只有数字储存示波器（简称DSO）和混合信号示波器（简称MSO）之分。其它的叫法都是在这两种示波器的基础上增加某些功能而已。今天的DSO和MSO可以捕获并显示重复信号或单冲信号，它们通常包括一系列自动测量和分析功能。下图是数字示波器体系结构图。

数字示波器基本结构

频谱分析仪

频谱分析仪测量在仪器的整个频率范围内输入信号幅度随频率进行变化的情况。其最主要的用途是测量已知和未知信号的频谱功率。参加下图：典型频谱分析仪的结构框图。

典型频谱分析仪的结构框图

网络分析仪

网络分析仪一种在微波射频电路信号系统中能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器。全称是微波网络分析仪。

尽管最初只是测量S参数，但为了优于被测器件，现在的网络分析仪已经高度集成，并且非常先进。射频电路需要独特的测试方法。在高频内很难直接测量电压和电流，因此在测量高频器件时，必须通过它们对射频信号的响应情况来对其进行表征。网络分析仪可将已知信号发送到器件、然后对输入信号和输出信号进行定比测量，以此来实现对器件的表征。大多数网络分析仪都是矢量网络分析仪——可以同时测量幅度和相位。矢量网络分析仪是用途极广的一类仪器，它们可以表征S参数、匹配复数阻抗、以及进行时域测量等。

网络分析仪内部框图