【儀商訊】電子行業(yè)最基礎(chǔ)的測試測量設(shè)備——示波器，數(shù)年來也持續(xù)追求高帶寬、高精度、多通道等最新技術(shù)。而隨著外部接口信號速度的進一步提升，如USB3.0的傳輸速度可達5Gbps/s，USB3.1的傳輸速度可達10Gbps/s，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢如傳統(tǒng)大哥大到智能手機的轉(zhuǎn)變蘊含了從大而功能簡單到緊湊而功能強大的發(fā)展思路，傳統(tǒng)臺式儀器的演變似乎也有了新的趨勢，如近來泰克就發(fā)布了基于PC（USB）的頻譜儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀......。

電子產(chǎn)品的發(fā)展日新月異，尤其是消費電子產(chǎn)品如智能手機，更新?lián)Q代之快更是令人目不暇接，幾個月就可能有一款新產(chǎn)品上市。而測試測量儀器從外形、使用方法上多年來還基本保持其一貫的風(fēng)格，以集成有屏幕、操作面板和處理器的傳統(tǒng)的臺式機器為主。電子行業(yè)最基礎(chǔ)的測試測量設(shè)備——示波器，數(shù)年來也持續(xù)追求高帶寬、高精度、多通道等最新技術(shù)。而隨著外部接口信號速度的進一步提升，如USB3.0的傳輸速度可達5Gbps/s，USB3.1的傳輸速度可達10Gbps/s，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢如傳統(tǒng)大哥大到智能手機的轉(zhuǎn)變蘊含了從大而功能簡單到緊湊而功能強大的發(fā)展思路，傳統(tǒng)臺式儀器的演變似乎也有了新的趨勢，如近來泰克就發(fā)布了基于PC（USB）的頻譜儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀，而基于PC測試儀器尤其是基于PC的實時示波器和采樣示波器的開創(chuàng)鼻祖當(dāng)屬來自英國女皇獎企業(yè)英國比克科技（Pico Technology），其致力于PC測試儀器的研發(fā)和生產(chǎn)已有26年的歷史。本文將介紹PC示波器與傳統(tǒng)臺式示波器的差異及PC示波器及PicoScopes有哪些具體的優(yōu)勢。

一、傳統(tǒng)臺式示波器與PC（USB）示波器的原理架構(gòu)

下圖1所示為傳統(tǒng)臺式示波器的原理框圖，主要包含有四個功能模塊：采集、顯示、測量與分析以及存檔。其中采集模塊包含了示波器中最為關(guān)鍵的幾個核心部件：前端模擬放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、采集存儲器，這幾個部件也決定了數(shù)字示波器的幾大核心指標：模擬帶寬、采樣率和存儲深度，近年來ADC的分辨率位數(shù)也越來越受到重視，逐漸成為了各示波器廠家所追求的另一大產(chǎn)品核心指標，目前主要的示波器廠家都發(fā)布了其10bit或者更高精度ADC的示波器。除了采集模塊外，傳統(tǒng)臺式示波器的另外三大模塊主要是由儀器

圖1 傳統(tǒng)臺式示波器的架構(gòu)圖

中集成的PC（即電腦）完成的。所以一臺傳統(tǒng)的臺式示波器內(nèi)部其實有兩塊核心電路板，其一是采集板，其二是電腦主板，采集板上集成了示波器的關(guān)鍵芯片，也是最為昂貴的部分，電腦主板就是傳統(tǒng)的個人電腦定制化后而成的。在傳統(tǒng)的臺式示波器中，采集板和電腦板通常是通過PCI或者PCIE總線進行互連和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在實際應(yīng)用中，有時候用戶發(fā)現(xiàn)示波器的屏幕上無法顯示采集到的信號，而顯示固定的類似仿真的波形，這樣的故障通常就是采集板與電腦主板之間的數(shù)據(jù)線連接問題或者采集板損壞導(dǎo)致的。采集板采集到數(shù)據(jù)后通過總線傳輸給電腦主板進行顯示、測量與分析以及存檔。

PC示波器本質(zhì)上就是圖1框圖中的采集部分，也就是說PC示波器將示波器中最為核心的部分剝離了出來，形成一個獨立的設(shè)備，與外部的PC配合使用，通過USB總線接口在PC示波器和外部PC之間傳輸數(shù)據(jù)，如圖2所示。這樣做的好處是可以將傳統(tǒng)臺式示波器的核心部件做得更加緊湊，在有限的空間里實現(xiàn)更加強大的性能，使得示波器的各項指標也可以做得更加優(yōu)秀；同時，外部的PC配置相較于傳統(tǒng)的臺式示波器尤其是便攜式臺式示波器會更加強大，這就使得PC儀器看上去非常小巧緊湊，然而功能上卻更加智能和強大，相較于傳統(tǒng)的臺式示波器能夠做得更多、更好和更加便宜。

圖2 PC示波器的原理架構(gòu)框圖

二、PC示波器的優(yōu)點

圖3 傳統(tǒng)臺式示波器與PC示波器

1、小巧，口袋型尺寸，USB供電

PC示波器非常小巧，只有手掌或者口袋尺寸大小，所以非常方便攜帶，而且可直接由USB接口進行供電，所以PC示波器是出差使用和外場測試的最理想選擇。

2、更大和更高分辨率的顯示器

因為PC示波器是需要和外部電腦配合使用的，而當(dāng)前的個人電腦已經(jīng)相當(dāng)普及，性能已經(jīng)相當(dāng)強大，用戶很容易就能夠為PC示波器配置一臺帶有大顯示屏和高分辨率顯示屏的電腦，而且可以根據(jù)需要靈活選擇外部的電腦。而當(dāng)前傳統(tǒng)臺式示波器尤其是傳統(tǒng)便攜式臺式示波器通常只配有10.4inch~12.1inch左右的顯示屏。一臺大的顯示器有助于從多種角度觀察和分析信號，如可同時清晰的顯示一個信號的時域波形、頻譜波形、邏輯波形、局部放大細節(jié)、解碼信息或多個波形在多柵格中同時顯示等，如圖3所示。

3、可借助于最新最強大的PC處理器

傳統(tǒng)的高帶寬臺式示波器通常體積比較大，其中的一個原因是其配置了更高性能的PC以獲得更加強大的處理能力。而傳統(tǒng)的便攜式臺式示波器為了追求更小的尺寸和便攜性，使用了性能相對較差的嵌入式處理系統(tǒng)，所以功能會相對簡單。PC示波器可以借助最新最強大的外部PC，從而兼得了便攜特性和高性能示波器才具備的強大功能，而且價格要便宜得多。

4、更好的連接性

因為使用PC示波器時，所有的操作是在用戶的電腦上完成的，所以所有的測試結(jié)果、保存的數(shù)據(jù)、圖片、設(shè)置等信息都在電腦上，避免了過去使用傳統(tǒng)臺式示波器還需要通過U盤等工具將測試結(jié)果導(dǎo)到個人電腦上進行進一步分析和報告的撰寫，節(jié)省了時間，提升了效率。

5、更好的升級性能

PC示波器可以非常容易的通過升級外接的PC電腦實現(xiàn)性能的升級，也可以通過升級應(yīng)用軟件實現(xiàn)功能的提升。

三、PicoScopes的優(yōu)點

除了具備PC示波器所具備的優(yōu)點外，PicoScopes還具備一系列更多的優(yōu)點：

1、多種系列型號的PC示波器

英國比克科技于1991年推出其第一款基于PC的測試儀器，在那之前，幾乎所有的測試儀器都是臺式的，經(jīng)過26年的發(fā)展，英國比克科技已經(jīng)擁有78 種型號基于PC的示波器。

2、高性能PC示波器

英國比克科技的PC示波器最高帶寬可達25 GHz帶寬，可以用于高速串行電信號和光信號的眼圖和抖動測試，以及PCB板、線纜、連接器等的TDR/TDT測試。

3、任意一款PicoScope都具有深存儲

任意一款PicoScope都具有最深的存儲深度，即使最低系列的2000系列口袋型示波器的存儲深度也可達到128MS。PicoScope 6404D的存儲深度可達2GS, 是業(yè)內(nèi)最深存儲深度的示波器之一。如圖4所示，PicoScope的長存儲有助于連續(xù)采集很長的波形并同時觀察波形的整體和局部細節(jié)。

圖4 利用PicoScope 6000捕獲10秒的波形并放大256倍、13萬倍、2百萬倍后的細節(jié)波形

4、16位高分辨率示波器

PicoScope擁有最高分辨率示波器，PicoScope 4262 擁有無比優(yōu)秀的動態(tài)性能，能夠勝過許多專用的（而且非常昂貴的）音頻分析儀，ADC分辨率可達16位、底噪為8.5uV有效值、動態(tài)范圍可達96dB，是低噪聲、低失真測量的理想選擇，內(nèi)置信號發(fā)生器消除了額外的信號源需求，它能夠更加容易的分析音頻、超聲波、振動信號、開關(guān)電源噪聲等，如圖5、圖6所示為高分辨率示波器帶來的價值，在時域中提供高信號完整性，在頻域中提供高動態(tài)范圍。

5、硬件分辨率可調(diào)示波器

PicoScope 5000系列使用了并行時鐘和串行交插采樣技術(shù)實現(xiàn)了硬件ADC分辨率和采樣率同時可調(diào)，在一臺儀器中通過可變分辨率實現(xiàn)對數(shù)字信號進行高速采集和對模擬信號進行精確采集，可在 8 ，12 ，14 ，及 16位分辨率中選擇，軟件增強可以達到20位，而且標配高精度信號源，具有超高性價比，如圖7所示為可調(diào)分辨率示波器PicoScope 5000，圖8為12位示波器與8位示波器測試汽車點火信號的波形結(jié)果比較，可見，12位示波器測得的信號波形細節(jié)更加清晰。

6、最多通道高分辨率示波器

PicoScope擁有8通道、12位高分辨率示波器、256MS深存儲示波器，適合于多通道數(shù)據(jù)采集和三相電等電源系統(tǒng)的調(diào)試與分析，如圖8所示。

7、行業(yè)唯一4路真實差分輸入高分辨率通道隔離示波器

PicoScope 4444系列具有4路真實差分輸入、12位或14位ADC高分辨率、通道隔離、可測量CATIII電壓達1000V，是浮地測量、電源紋波測量、差分測量、生物醫(yī)療等需要精確測試的信號的理想選擇，如圖9所示。

8、函數(shù)發(fā)生器 & AWG 標配于大部分型號

圖10 PicoScope標配的函數(shù)發(fā)生器&AWG功能

PicoScope配置的函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生標準的正弦波、方波、三角波以及其它許多標準的波形；任意波形發(fā)生器AWG可以導(dǎo)入用戶自定義的波形文件產(chǎn)生用戶自定義波形、將示波器模擬通道采集到波形復(fù)制到AWG輸出、生成隨機比特流 (如010100011……）。PicoScope標配的任意波形發(fā)生器控制界面如圖10所示。

9、標配一系列高端臺式示波器才有的功能

PicoScope標配有一系列只有高端臺式示波器才可能配置的功能，如串行解碼（PicoScope標配有近19種串行解碼軟件包括：1-Wire,ARINC 429, CAN, CAN FD, LIN, Digital Command Control, DMX512,Ethernet 10base-T, Fast Ethernet 100base-TX, FlexRay, I2C, I2S, RS-232, UART, SENT Fast, SENT Slow, SPI, USB, Modbus， 未來有新的解碼軟件發(fā)布后，Pico支持免費升級）、模板容限觸發(fā)、高級函數(shù)如參數(shù)追蹤和快速傅里葉變換、數(shù)字觸發(fā)、分段存儲等。圖11所示PicoScope中的一個高級函數(shù)功能示例，藍色波形為頻率調(diào)制波形，黑色曲線顯示了頻率變化隨著時間的變化趨勢，Y軸為頻率參數(shù)值，X軸為時間。

圖11 PicoScope中的高級函數(shù)功能

四、PicoScopes的應(yīng)用

PicoScope不僅是一臺實時示波器，也可以作為一臺基于USB的采集卡來使用。而且PicoScope具有一系列獨特的特點，如便攜、USB供電、USB 3.0接口高速傳輸數(shù)據(jù)、2GS深存儲深度、16位ADC分辨率、8位到16位可調(diào)ADC分辨率、8通道12位ADC分辨率、真實差分通道隔離、自定義示波器功能等，使得其廣泛應(yīng)用于維修、外場測試、系統(tǒng)集成、汽車電子、航空電子、醫(yī)療電子、通信、嵌入式系統(tǒng)、機電一體化、振動、加速度等領(lǐng)域的測試，下圖12所示為PicoScopes應(yīng)用于系統(tǒng)集成產(chǎn)品。

右圖12所示的電源分布網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)中，共集成有6臺8通道的PicoScope 4824和2臺4通道的PicoScope 6000，共實現(xiàn)了多達56通道的信號測試和數(shù)據(jù)采集，整個系統(tǒng)依然非常緊湊，這是使用傳統(tǒng)臺式示波器難以實現(xiàn)的。該OEM系統(tǒng)用于實時監(jiān)測和同步采集高達380 KV的電源分布網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于電源連接的數(shù)據(jù)，并完成用戶自定義的參數(shù)測量。多套系統(tǒng)分布在超過40 KM外的多個位置，各個系統(tǒng)通過光纖進行互連，每個系統(tǒng)包括傳感器、放大器、PicoScopes、觸發(fā)邏輯電路。采集到的數(shù)據(jù)會由用戶自定義的程序進行分析，PicoScope示波器支持基于SDK及多種編程語言如C#，C++，Python，Delphi，Matlab，Labview等進行自定義應(yīng)用開發(fā)。