【儀商訊】電子行業(yè)最基礎(chǔ)的測(cè)試測(cè)量設(shè)備——示波器，數(shù)年來(lái)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(hào)速度的進(jìn)一步提升，如USB3.0的傳輸速度可達(dá)5Gbps/s，USB3.1的傳輸速度可達(dá)10Gbps/s，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)如傳統(tǒng)大哥大到智能手機(jī)的轉(zhuǎn)變蘊(yùn)含了從大而功能簡(jiǎn)單到緊湊而功能強(qiáng)大的發(fā)展思路，傳統(tǒng)臺(tái)式儀器的演變似乎也有了新的趨勢(shì)，如近來(lái)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(fèi)電子產(chǎn)品如智能手機(jī)，更新?lián)Q代之快更是令人目不暇接，幾個(gè)月就可能有一款新產(chǎn)品上市。而測(cè)試測(cè)量?jī)x器從外形、使用方法上多年來(lái)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(tái)式機(jī)器為主。電子行業(yè)最基礎(chǔ)的測(cè)試測(cè)量設(shè)備——示波器，數(shù)年來(lái)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(hào)速度的進(jìn)一步提升，如USB3.0的傳輸速度可達(dá)5Gbps/s，USB3.1的傳輸速度可達(dá)10Gbps/s，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)如傳統(tǒng)大哥大到智能手機(jī)的轉(zhuǎn)變蘊(yùn)含了從大而功能簡(jiǎn)單到緊湊而功能強(qiáng)大的發(fā)展思路，傳統(tǒng)臺(tái)式儀器的演變似乎也有了新的趨勢(shì)，如近來(lái)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(cè)試儀器尤其是基于PC的實(shí)時(shí)示波器和采樣示波器的開(kāi)創(chuàng)鼻祖當(dāng)屬來(lái)自英國(guó)女皇獎(jiǎng)企業(yè)英國(guó)比克科技（Pico Technology），其致力于PC測(cè)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(tái)式示波器的差異及PC示波器及PicoScopes有哪些具體的優(yōu)勢(shì)。

一、傳統(tǒng)臺(tái)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(tái)式示波器的原理框圖，主要包含有四個(gè)功能模塊：采集、顯示、測(cè)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(gè)核心部件：前端模擬放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、采集存儲(chǔ)器，這幾個(gè)部件也決定了數(shù)字示波器的幾大核心指標(biāo)：模擬帶寬、采樣率和存儲(chǔ)深度，近年來(lái)ADC的分辨率位數(shù)也越來(lái)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(biāo)，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(tái)式示波器的另外三大模塊主要是由儀器

圖1 傳統(tǒng)臺(tái)式示波器的架構(gòu)圖

中集成的PC（即電腦）完成的。所以一臺(tái)傳統(tǒng)的臺(tái)式示波器內(nèi)部其實(shí)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(gè)人電腦定制化后而成的。在傳統(tǒng)的臺(tái)式示波器中，采集板和電腦板通常是通過(guò)PCI或者PCIE總線(xiàn)進(jìn)行互連和數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中，有時(shí)候用戶(hù)發(fā)現(xiàn)示波器的屏幕上無(wú)法顯示采集到的信號(hào)，而顯示固定的類(lèi)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(xiàn)連接問(wèn)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(guò)總線(xiàn)傳輸給電腦主板進(jìn)行顯示、測(cè)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(shuō)PC示波器將示波器中最為核心的部分剝離了出來(lái)，形成一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，與外部的PC配合使用，通過(guò)USB總線(xiàn)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(tái)式示波器的核心部件做得更加緊湊，在有限的空間里實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的性能，使得示波器的各項(xiàng)指標(biāo)也可以做得更加優(yōu)秀；同時(shí)，外部的PC配置相較于傳統(tǒng)的臺(tái)式示波器尤其是便攜式臺(tái)式示波器會(huì)更加強(qiáng)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(qiáng)大，相較于傳統(tǒng)的臺(tái)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(diǎn)

圖3 傳統(tǒng)臺(tái)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(jìn)行供電，所以PC示波器是出差使用和外場(chǎng)測(cè)試的最理想選擇。

2、更大和更高分辨率的顯示器

因?yàn)?/span>PC示波器是需要和外部電腦配合使用的，而當(dāng)前的個(gè)人電腦已經(jīng)相當(dāng)普及，性能已經(jīng)相當(dāng)強(qiáng)大，用戶(hù)很容易就能夠?yàn)?/span>PC示波器配置一臺(tái)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(tái)式示波器尤其是傳統(tǒng)便攜式臺(tái)式示波器通常只配有10.4inch~12.1inch左右的顯示屏。一臺(tái)大的顯示器有助于從多種角度觀察和分析信號(hào)，如可同時(shí)清晰的顯示一個(gè)信號(hào)的時(shí)域波形、頻譜波形、邏輯波形、局部放大細(xì)節(jié)、解碼信息或多個(gè)波形在多柵格中同時(shí)顯示等，如圖3所示。

3、可借助于最新最強(qiáng)大的PC處理器

傳統(tǒng)的高帶寬臺(tái)式示波器通常體積比較大，其中的一個(gè)原因是其配置了更高性能的PC以獲得更加強(qiáng)大的處理能力。而傳統(tǒng)的便攜式臺(tái)式示波器為了追求更小的尺寸和便攜性，使用了性能相對(duì)較差的嵌入式處理系統(tǒng)，所以功能會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。PC示波器可以借助最新最強(qiáng)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(qiáng)大功能，而且價(jià)格要便宜得多。

4、更好的連接性

因?yàn)槭褂?/span>PC示波器時(shí)，所有的操作是在用戶(hù)的電腦上完成的，所以所有的測(cè)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(guò)去使用傳統(tǒng)臺(tái)式示波器還需要通過(guò)U盤(pán)等工具將測(cè)試結(jié)果導(dǎo)到個(gè)人電腦上進(jìn)行進(jìn)一步分析和報(bào)告的撰寫(xiě)，節(jié)省了時(shí)間，提升了效率。

5、更好的升級(jí)性能

PC示波器可以非常容易的通過(guò)升級(jí)外接的PC電腦實(shí)現(xiàn)性能的升級(jí)，也可以通過(guò)升級(jí)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)功能的提升。

三、PicoScopes的優(yōu)點(diǎn)

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

1、多種系列型號(hào)的PC示波器

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

2、高性能PC示波器

英國(guó)比克科技的PC示波器最高帶寬可達(dá)25 GHz帶寬，可以用于高速串行電信號(hào)和光信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)測(cè)試，以及PCB板、線(xiàn)纜、連接器等的TDR/TDT測(cè)試。

3、任意一款PicoScope都具有深存儲(chǔ)

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

圖4 利用PicoScope 6000捕獲10秒的波形并放大256倍、13萬(wàn)倍、2百萬(wàn)倍后的細(xì)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(wú)比優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能，能夠勝過(guò)許多專(zhuān)用的（而且非常昂貴的）音頻分析儀，ADC分辨率可達(dá)16位、底噪為8.5uV有效值、動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)96dB，是低噪聲、低失真測(cè)量的理想選擇，內(nèi)置信號(hào)發(fā)生器消除了額外的信號(hào)源需求，它能夠更加容易的分析音頻、超聲波、振動(dòng)信號(hào)、開(kāi)關(guān)電源噪聲等，如圖5、圖6所示為高分辨率示波器帶來(lái)的價(jià)值，在時(shí)域中提供高信號(hào)完整性，在頻域中提供高動(dòng)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(shí)鐘和串行交插采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硬件ADC分辨率和采樣率同時(shí)可調(diào)，在一臺(tái)儀器中通過(guò)可變分辨率實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速采集和對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行精確采集，可在 8 ，12 ，14 ，及 16位分辨率中選擇，軟件增強(qiáng)可以達(dá)到20位，而且標(biāo)配高精度信號(hào)源，具有超高性?xún)r(jià)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(cè)試汽車(chē)點(diǎn)火信號(hào)的波形結(jié)果比較，可見(jiàn)，12位示波器測(cè)得的信號(hào)波形細(xì)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(chǔ)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(shí)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(shí)差分輸入、12位或14位ADC高分辨率、通道隔離、可測(cè)量CATIII電壓達(dá)1000V，是浮地測(cè)量、電源紋波測(cè)量、差分測(cè)量、生物醫(yī)療等需要精確測(cè)試的信號(hào)的理想選擇，如圖9所示。

8、函數(shù)發(fā)生器 & AWG 標(biāo)配于大部分型號(hào)

圖10 PicoScope標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)的正弦波、方波、三角波以及其它許多標(biāo)準(zhǔn)的波形；任意波形發(fā)生器AWG可以導(dǎo)入用戶(hù)自定義的波形文件產(chǎn)生用戶(hù)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(jī)比特流 (如010100011……）。PicoScope標(biāo)配的任意波形發(fā)生器控制界面如圖10所示。

9、標(biāo)配一系列高端臺(tái)式示波器才有的功能

PicoScope標(biāo)配有一系列只有高端臺(tái)式示波器才可能配置的功能，如串行解碼（PicoScope標(biāo)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(lái)有新的解碼軟件發(fā)布后，Pico支持免費(fèi)升級(jí)）、模板容限觸發(fā)、高級(jí)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(chǔ)等。圖11所示PicoScope中的一個(gè)高級(jí)函數(shù)功能示例，藍(lán)色波形為頻率調(diào)制波形，黑色曲線(xiàn)顯示了頻率變化隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)，Y軸為頻率參數(shù)值，X軸為時(shí)間。

圖11 PicoScope中的高級(jí)函數(shù)功能

四、PicoScopes的應(yīng)用

PicoScope不僅是一臺(tái)實(shí)時(shí)示波器，也可以作為一臺(tái)基于USB的采集卡來(lái)使用。而且PicoScope具有一系列獨(dú)特的特點(diǎn)，如便攜、USB供電、USB 3.0接口高速傳輸數(shù)據(jù)、2GS深存儲(chǔ)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(shí)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(chǎng)測(cè)試、系統(tǒng)集成、汽車(chē)電子、航空電子、醫(yī)療電子、通信、嵌入式系統(tǒng)、機(jī)電一體化、振動(dòng)、加速度等領(lǐng)域的測(cè)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(tái)8通道的PicoScope 4824和2臺(tái)4通道的PicoScope 6000，共實(shí)現(xiàn)了多達(dá)56通道的信號(hào)測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，整個(gè)系統(tǒng)依然非常緊湊，這是使用傳統(tǒng)臺(tái)式示波器難以實(shí)現(xiàn)的。該OEM系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和同步采集高達(dá)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(hù)自定義的參數(shù)測(cè)量。多套系統(tǒng)分布在超過(guò)40 KM外的多個(gè)位置，各個(gè)系統(tǒng)通過(guò)光纖進(jìn)行互連，每個(gè)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(huì)由用戶(hù)自定義的程序進(jìn)行分析，PicoScope示波器支持基于SDK及多種編程語(yǔ)言如C#，C++，Python，Delphi，Matlab，Labview等進(jìn)行自定義應(yīng)用開(kāi)發(fā)。