他的第一个问题是：“你为什么在这个实验中使用采样示波器？”这个问题让我措手不及。我开始思考采样示波器和实时示波器的区别，它们各自的应用场景，以及它们的重叠之处。.
实时示波器通常被称为DSO或MSO（数字存储示波器或混合信号示波器）。目前市面上大多数示波器都是实时示波器。这些示波器的带宽通常从几兆赫兹到几十吉赫兹不等，价格从几百欧元到几千欧元不等。采样示波器，通常被称为DCA（数字通信分析仪），带宽通常从几十吉赫兹起步，主要用于分析高速串行总线、光电器件和时钟信号。然而，随着带宽的不断增加，采样示波器和实时示波器在一些应用领域已经开始出现重叠。.
实时示波器和采样示波器的数字化路径本质上相同。输入信号经过示波器的信号调理电路，被数字化，存储在内存中，然后显示在屏幕上。然而，两者所采用的技术却截然不同。.
实时示波器
：实时示波器的工作原理是什么？实时示波器包含触发专用集成电路 (ASIC)，允许用户指定感兴趣的特定事件，例如电压阈值上升、保持信号的建立和解除，或模式触发。在正常采集模式下，当示波器的触发电路检测到此类事件时，示波器会捕获并存储该触发点周围的连续采样点，并将捕获的数据更新到显示屏上。实时示波器可以以单次采集模式或重复采集模式运行。在单次采集模式下，示波器采集并显示由示波器上定义的存储深度和采样率决定的连续采样点。用户可以在示波器采集完单个波形后，滚动和放大查看其中观察到的任何感兴趣的事件。在连续“运行”模式下，示波器会持续采集并显示与示波器触发规范匹配的每个条件。可变或无限余辉特性允许将连续的信号采集叠加到原始信号上。重复模式因其能够实时显示被测器件的状态而被广泛应用。诸如上升时间或脉冲宽度之类的测量，以及诸如数学计算或快速傅里叶变换 (FFT) 之类的分析，既可以在单次采集模式下进行，也可以在一系列重复采集过程中进行。大多数带宽低于 6 GHz 的实时示波器都包含 1 MΩ 和 50 Ω 的输入端，因此可以与各种探头和电缆配合使用。
实时示波器主要由三个参数定义：带宽、采样率和存储深度。然而，显然在选择实时示波器时，还有许多其他重要的参数需要考虑。
具有深存储功能的示波器具有以下三个显著优势：
1. 大容量存储器允许在特定采样率下捕获更长的时间窗口。存储器容量决定了每次采集可存储的样本数量，从而决定了采集时间窗口。单次采集的样本数量越多，采集过程中发生无关事件的概率就越大。2
. 大容量存储器允许用户在较慢的时间基准下保持较高的采样率，从而提高测量精度。例如，在 10 Mpts 的存储器容量和 10 Gsamples/s 的采样率下，水平设置为 1 µs/div 将使用 1 Gpt 的数据（这是许多当前示波器的绝对极限）。如果用户切换到 10 µs/div 的时间基准设置，示波器将以原始速率的十分之一进行采样，以捕获相同的时间窗口。然而，一台拥有 100 Mpts 存储容量的示波器可以让用户在保持 10 Gsamples/s 高采样率的同时，捕获完整的 20 µs 时间窗口。3
. 大容量存储能够实现更精确的统计测量和计算。通过分析各种边沿的上升时间偏差、FFT 和抖动测量结果，我们发现所有测量都受益于大容量存储采集。
采样示波器
：采样示波器的工作原理是什么？采样示波器采用独特的设计，用于捕获、显示和分析重复信号。其触发功能也针对重复信号进行了优化。采样示波器在检测到第一个触发条件时，会捕获一系列时间上不连续的采样点。示波器会延迟触发点，捕获下一系列采样点，并将其与第一系列采样点一起显示在示波器屏幕上。它重复此过程，通过连续采集以无限持续的方式创建波形。该技术的关键组件之一是触发插值，它控制触发之间的时间分辨率，从而提高测量精度。由于每次触发仅捕获和处理少量采样点，因此存储深度并不重要，甚至并非必要。采样率也并非至关重要。最重要的组件是第一个触发条件到下一个触发条件之间的时间间隔的精度，第二个触发条件相对于第一个触发条件略有延迟。
采样示波器与实时示波器：
如前所述，目前实时示波器的带宽超过 60 GHz，而采样示波器的带宽则超过 90 GHz。因此，对于大多数数字应用而言，带宽不再是选择示波器的最简单方法。话虽如此，我们也不能忘记价格也是一个决定性因素。一台功能齐全的 50 GHz 采样示波器的价格不到 115,000 欧元，而一台实时示波器的价格则接近 300,000 欧元。设计人员必须分析实时示波器所提供的更大灵活性是否值得付出更高的价格。
噪声和信噪比
除了上述差异外，采样示波器和实时示波器之间还有许多其他区别。采样示波器包含一个 14 位模数转换器 (ADC)，因此具有非常宽的动态范围，使其能够分析从几毫伏到 1 伏的信号而无需衰减。这就是为什么采样示波器在各种每格电压设置下都表现出极低的噪声。实时示波器的动态范围限制为 8 位，但通常显示的有效位数约为 6 位。由于信噪比有限，您需要使用衰减器才能正确显示从几毫伏到几伏的信号。实际上，这意味着实时示波器的噪声高于采样示波器。采样示波器的低噪声水平使其成为测量领域的“黄金标准”。然而，实时示波器不断改进，在信号完整性方面已经开始缩小差距。
频率响应。
在选择实时示波器和采样示波器时，另一个需要考虑的因素是它们的频率响应。采样示波器通常不使用数字信号处理 (DSP) 校正，因此其频率响应（硬件响应）会缓慢衰减，更接近高斯曲线。实时示波器可以实现 DSP，从而校正其频率响应。例如，安捷伦 DSOX93304Q 型号在其整个步进频带内采用平坦的频率响应，这意味着其增益在示波器的频率范围内变化不超过 1 dB。
实时示波器的频率响应可能有所不同。一些示波器供应商提供多达五种不同的响应，每种响应都有其自身的特性。平坦响应和高斯响应之间的比较分析会得出两种完全不同的测量结果。例如，高斯衰减会影响测量结果，并在符号之间引入干扰。如果信号速度快到超过示波器的带宽，那么衰减迅速的平坦响应曲线可能会出现瞬态振荡。无论如何，了解硬件如何影响测量结果至关重要。
时钟捕获差异：
时钟捕获是示波器测量的关键组成部分之一。时钟捕获支持实时监测、掩模测试和抖动分离。捕获的时钟本质上是一个用于比较测量结果的参考时钟。直到最近，采样示波器还完全依赖硬件进行时钟捕获。这意味着，无论时钟是显式时钟还是采样示波器提供的内部 10 MHz 时钟，捕获系统都容易出错。这种情况已经改变，因为安捷伦采样示波器现在提供了一种基于软件的时钟捕获系统，非常适合精确捕获时钟。实时示波器几乎总是使用软件时钟捕获，但它们也提供显式时钟捕获选项。软件时钟捕获的优势在于，它不易受硬件错误的影响，并且无论数据速率如何，都能将边沿放置在正确的位置。
除了硬件时钟捕获和软件时钟捕获之间的差异外，所使用的时钟捕获算法也必须考虑在内。采样示波器通常使用抖动传递函数 (JTF)，而实时示波器则使用光学抖动传递函数 (OJTF)。与 JTF 相比，OJTF 会抑制更多的低频抖动。因此，实时示波器的抖动读数明显低于采样示波器。只需将两台示波器切换到相同的传递函数，即可恢复这些读数。得益于采样示波器技术的最新进展，现在可以轻松实现这一点，并显著简化抖动比较。.
何时使用采样示波器，何时使用实时示波器：
从历史上看，采样示波器在最大带宽和固有抖动方面比实时示波器具有更多优势。然而，在过去十年中，实时示波器已经缩小了两者之间的差距，以至于进行收发器测试的用户可以在实时示波器和采样示波器之间进行选择。采样示波器仍然具有更低的抖动和更高的动态范围，使其成为在受控环境下进行特性分析的理想选择。假设信号具有可重复性或可以实时目视观察，采样示波器将忠实地呈现您的信号。
对于实时示波器而言，其灵活性使其极具吸引力。如果用户需要执行调试任务并基于难以发现的事件进行触发，那么实时示波器是理想之选。实时示波器用户可从各种应用中进行选择，用于合规性测试、协议解码和触发以及分析。实时示波器还可以在单次采集过程中测量抖动，使其成为故障根本原因分析的绝佳选择。大多数标准实施方法也使用实时示波器进行发射机测试，这意味着用户可能需要使用实时示波器来确保其设备符合标准。.
总之
，实时示波器是大多数应用的理想选择。这类示波器带宽范围广，能够捕获单次事件和重复信号，并且在高频测量（例如抖动和发射机特性分析）方面也有所改进。如果您的应用涉及需要低抖动和高动态范围的重复波形，采样示波器是最佳选择。采样示波器还具有初始成本较低和模块化升级的优势，使其成为电气和光学制造测试应用的理想选择。如果您使用的频率高于 20 GHz，并且不确定选择哪种类型的示波器，我们建议您联系同时提供采样示波器和实时示波器的供应商。与仅提供实时示波器或采样示波器选择有限的供应商不同，他们会像您一样致力于提供最符合您需求的设备。
作者：
乔尔·伍德沃德和布里格·阿塞。安捷伦科技示波器产品部
