實時示波器與采樣示波器有何區(qū)別？

所有現(xiàn)代示波器都歸類為數(shù)字存儲示波器 (DSO)，它們以數(shù)字方式對信號進行采樣、存儲和顯示，但實現(xiàn)這一目標的技術因示波器而異。

您可能聽說過實時示波器和采樣示波器這兩個截然不同的類別，它們在特定應用中各有優(yōu)勢。了解這兩種儀器之間的區(qū)別有助于確定哪一種更適合您的用例。

都是示波器，名稱相似，但方法不同

首先，讓我們來理清一些多年來描述這些示波器的術語：

示波器是干什么用的?

示波器（Oscilloscope）是一種電子測量儀器，可以在無干擾的情況下監(jiān)控輸入信號，隨后以圖形方式采用簡單的電壓與時間格式顯示這些信號。示波器顯示電壓隨時間的變化，也可以進行電流和光的測量，需要探頭或者轉換器。

在電子設備的維修領域中，示波器是一種精密的工具，它能夠用來精準地檢測電路中的故障。通過仔細觀察波形的變化，維修人員能夠準確地判斷出電路是否處于正常的工作狀態(tài)。

在電路設計領域，用于驗證電路設計的準確性和有效性。通過仔細觀察波形的形狀和波峰的幅度，設計師能夠精確判斷電路是否滿足既定的設計標準和要求。

在通信領域，示波器可以用來分析和調試各種信號波形。例如，可以用示波器來觀察無線電信號的變化或者找出通信中的故障。

科學研究中，示波器可以用來觀察和記錄各種信號的變化。比如，在物理研究中，可以用示波器來觀察光電效應的波動。

示波器的三大應用場景

示波器應用一：通用信號的調試，波形觀察與基本波形參數(shù)測量，電路診斷與異常情況捕獲。用示波器檢測電路，實際上是和用萬用表檢測電路類似，了解電路的大致電壓情況，就能很快根據(jù)電壓情況找到問題的所在。知道被測點波形啥樣，進行對照。

示波器應用二：信號的高級分析，串行信號的解碼可以把縱向上承載的內容解碼出來。眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，體現(xiàn)了數(shù)字信號整體的特征，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。

眼圖是一個信號視圖，其中的波形是通過數(shù)據(jù)速率觸發(fā)的。 實時眼通過采集數(shù)執(zhí)行時鐘恢復并將連續(xù)的單位間隔疊加（折疊）到一個圖中來完成此操作。 這是一個以色級形式表示的統(tǒng)計信息視圖。眼圖如下：

示波器眼圖

示波器應用三：超寬帶信號的調制域分析，可以把頻譜儀當下變頻器，UWB帶寬500MHz以上甚至到幾個G，用示波器顯示。UWB通信系統(tǒng)中，不需要「正弦載波」作為載體，而是直接發(fā)射電磁脈沖，通過調節(jié)脈沖的幅度(PAM，脈沖振幅調制）和脈沖的位置(PPM，脈沖位置調制）等方式來傳遞信息

什么是實時示波器？

實時示波器，顧名思義，通過足夠快的采樣率實時數(shù)字化輸入，以準確捕獲和顯示輸入信號。顯示屏上的每個數(shù)據(jù)點都是在前一個數(shù)據(jù)點之后直接采樣的。這些儀器有時被稱為單次示波器，因為它們能夠通過單次采集捕獲連續(xù)信號。這是市場上最常見的示波器類型。

什么是采樣示波器？

采樣示波器（有時也稱為數(shù)字通信分析儀或等效時間采樣示波器）使用不同的方法來采樣和顯示信號，在多次掃描過程中，每次觸發(fā)數(shù)字化單個值，這些掃描過程會“掃描”一個時間窗口。這是通過在每次迭代中添加一個較小的固定延遲來實現(xiàn)的，因此它有另一個類似的名稱：等效時間采樣示波器。但這兩個名稱可能會導致一些混淆：所有數(shù)字示波器都以某種方式使用采樣，而一些實時示波器可能包含一種稱為“隨機等效時間采樣”的模式。在是德科技，我們將采樣示波器描述為數(shù)字通信分析儀，以突出采樣示波器在表征數(shù)據(jù)中心和有線電信系統(tǒng)中使用的高速數(shù)字信號方面的優(yōu)勢。

這里有一個類比來幫助理解這兩種示波器之間的區(qū)別。假設我們要記錄自行車車輪的旋轉，以一度的增量捕捉車輪的完整旋轉。一種方法是使用幀速率非常高的攝像機——足夠快到可以在一次旋轉的時間段內捕捉 360 幅圖像。使用這種方法，您可以在看到車輪轉動一次后捕捉所有獨特的角度位置。

或者，假設你沒有攝像機，而是一臺每次只能拍攝一張照片的相機。但是，可以對這臺相機進行編程，使其在發(fā)出信號后經(jīng)過一段非常特定的時間后拍攝一張照片。假設每次車輪旋轉 0° 時都會向相機發(fā)出信號，你可以對相機進行編程，使其在 1° 時拍攝一張照片。下一次旋轉時，你可以在 2° 處拍攝一張照片，然后是 3°，依此類推。拍攝 360 度圖像后，可以將它們按順序排列在一起，從而創(chuàng)建整個旋轉的動畫。

在這個比喻中，攝像機就像一個實時示波器，而單幀相機就像一個采樣示波器。采樣示波器需要的是一致、重復的信號——就像一個旋轉的輪子——而不是隨機改變速度或方向的輪子。

完整的動畫捕捉可以通過攝像機在單次旋轉過程中實時完成，也可以通過多次旋轉過程中拍攝的多個單幅圖像拼接而成。

實時示波器和采樣示波器之間的主要區(qū)別是什么？

兩者都屬于數(shù)字存儲示波器 (DSO) 的子類別。實時示波器一次性捕獲信號，而采樣示波器則在信號的多個周期內進行多次采樣，因此采樣率較低，但分辨率可能更高。

實時示波器非常適合捕獲單次事件或間歇性信號，而采樣示波器則擅長分析重復信號，尤其是高帶寬信號。采樣示波器通常包含專用的分析功能，并能提供卓越的時域波形分析精度。

為了準確捕獲信號，實時示波器需要一個采樣率遠高于帶寬的模數(shù)轉換器 (ADC)，這在大多數(shù)情況下會將典型的垂直分辨率限制在 8 位或 12 位。采樣示波器可在多個周期內捕獲信號，可以使用采樣率較低的 ADC，垂直分辨率最高可達 16 位。

工作原理

采樣示波器可以通過在多個觸發(fā)器上收集所需數(shù)量的樣本，捕獲高達儀器模擬帶寬的信號，而無需考慮采樣率。收集到的樣本可用于重建捕獲的波形。實時示波器無需重建信號，因為它們可以實時且一次性捕獲整個信號（圖 1）。

圖 波形重建的實時采樣（上）與等效時間采樣（下）的比較 

查看波形

實時示波器使用獨立于信號且速度更快的內部采樣時鐘，使其能夠評估輸入信號本身以確定何時開始采集。這提供了更大的調試靈活性，因為觸發(fā)可以基于任意標準，例如電壓電平或模式。這還允許收集預觸發(fā)樣本，從而深入了解偶發(fā)事件前后的行為。

實時示波器使用內部采樣時鐘，并存儲觸發(fā)信號前后采樣的數(shù)據(jù)。

采樣示波器的采樣與數(shù)據(jù)同步，需要顯式或恢復的時鐘信號。顯式時鐘與數(shù)據(jù)信號（例如 I2C 總線上的 SCL 信號）一起提供，并且與數(shù)據(jù)信號分開。或者，可以通過稱為時鐘恢復的過程從數(shù)據(jù)信號本身獲取時鐘信號，該過程由單獨的設備或采樣示波器內的子系統(tǒng)執(zhí)行。

為了捕獲波形，采樣示波器需要一個重復的碼型，因為采集需要多次循環(huán)。源自時鐘信號的碼型觸發(fā)器提供一個觸發(fā)點，在此觸發(fā)點之后進行采樣。每次碼型觸發(fā)器都會在距離碼型觸發(fā)器稍遠的采樣點處進行新的采樣，并進行迭代。然后，采樣示波器使用采集到的樣本重建波形。

通過多次掃描并逐步延遲采樣時間，可以在采樣示波器上查看重復波形。

創(chuàng)建眼圖

眼圖是評估高速電氣和光纖總線信號完整性的關鍵工具。實時示波器可以通過多步驟過程創(chuàng)建稱為“實時眼圖”的眼圖：

示波器對記錄進行足夠長的采樣，以捕獲每個可能的符號轉換的多個實例。

每個符號的邊界可以通過使用外部提供的時鐘或通過時鐘數(shù)據(jù)恢復來確定。

示波器將捕獲的轉換疊加在一起，以直觀地表示總線轉換，并深入了解發(fā)送器提供接收器能夠準確解讀信號的能力。

實時示波器可以創(chuàng)建“實時眼圖”，從而洞察總線特性，例如噪聲和抖動。

與波形捕獲類似，在采樣示波器上創(chuàng)建眼圖也采用多通道采樣方法——但眼圖并非使用碼型觸發(fā)，而是使用時鐘信號（顯式或恢復式）作為觸發(fā)信號。每次時鐘觸發(fā)后，都會在特定延遲后進行采樣，該延遲會隨著每次迭代逐漸增加。對每個采樣點重復此過程多次，以構建視覺眼圖。

采樣示波器可以通過在特定周期內的多個點進行采樣來創(chuàng)建眼圖，從而捕獲所有符號轉換的組合。

帶寬和分辨率

實時示波器和采樣示波器的帶寬均高達 100 GHz 以上，可用于最新的高速數(shù)字應用。由于采樣示波器能夠在多個周期內進行采樣，因此可以使用采樣率較低且垂直分辨率較高的 ADC，通常高達 14 位。另一方面，實時示波器需要采樣率遠高于指定帶寬的 ADC 才能實時精確捕獲信號，因此需要在垂直分辨率上做出妥協(xié)。

模塊化和接口

實時示波器通常具有 4 到 8 個永久安裝的電子輸入通道。相反，采樣示波器可以組合使用電通道、光通道和 TDR 通道。是德科技提供具有不同組合配置的 DCA-M 獨立迷你 DCA，以及具有各種插件模塊的 DCA-X 寬帶寬采樣示波器平臺，可執(zhí)行精密的光、電和時域反射/傳輸 (TDR/TDT) 測量。