作者：Richard Quinnell，主編

示波器是電子開發人員可以擁有的基本測試設備之一，并且已經使用了 50 多年。最近的一項創新是將儀器簡化為一個信號采集前端，該前端通過 USB 連接到個人計算機，使用 PC 的資源來消除電源和顯示器的體積和成本。這種 USB 示波器的成本和尺寸優勢使其成為開發人員工具包的誘人補充，但現在它們的性能和價格范圍令人眼花繚亂。了解關鍵規格有助于做出正確的決定。

通用串行總線 (USB) 面世后不久，有人想出了如何使用總線為數字化儀供電并連接數字化儀，計算機可以使用其數據來模擬傳統示波器的操作。早期的設備既粗糙又性能有限，但具有相對便宜的優勢。為了檢查這些第一款 USB 示波器可以處理的有限范圍內的信號，它們為更傳統（且更昂貴）的示波器提供了一個有趣的替代方案。

快進到今天，您會發現 USB 示波器不再需要低性能或低成本。當今市場上的設備價格從 20 美元到 20,000 美元不等，性能范圍同樣廣泛，但不一定相關。因此，在 USB 示波器選項中進行選擇變得更加復雜。

DPScope-II 等入門級 USB 示波器適用于音頻和串行總線等中等信號要求。（照片：DPScope）

開始的地方是了解示波器的主要規格和特性，并根據您的特定需求對其進行評估。要查看的內容包括：

通道數量——雖然您可能一次只想查看一個信號，但擁有多個通道會帶來一些顯著的潛在好處。多通道允許查看信號之間的時序關系，并允許一個信號作為觸發器開始查看另一個信號。根據可用的軟件，也可以從另一個通道中減去一個通道，以查看小的差異，例如負載電阻器之間的差異，否則這些差異可能會在大的基本信號中丟失。

通道數。雖然您可能一次只想查看一個信號，但擁有多個通道會帶來一些顯著的潛在好處。多個通道允許查看信號之間的時序關系，并允許一個信號作為觸發器開始查看另一個信號。根據可用的軟件，也可以從另一個通道中減去一個通道，以查看小的差異，例如負載電阻器上的差異，否則這些差異可能會在大的基極信號中丟失。?

帶寬。這是通向數字化儀的通道的模擬帶寬，在其 3-dB 點測量。它實際上是示波器可以準確捕獲的最高頻率正弦信號。?

ADC 位。模數轉換器使用的位數設置捕獲和顯示期間垂直分辨率的限制。一些設備提供的“增強分辨率”大于 ADC 的位數，這是通過處理實現的。該技術需要對信號進行大量過采樣，這會降低示波器的有效采樣率。?

采樣率。對模擬信號進行數字化需要采樣率至少是信號中最高正弦頻率的兩倍（奈奎斯特率），否則高頻信號將在顯示中顯示為低頻信號（混疊）。大多數示波器供應商建議采樣率至少是通道模擬帶寬的五倍以避免失真。?

在處理諸如時鐘信號之類的重復波形時，存在一種提高示波器有效采樣率 (ESR) 的方法。通過將隨機交錯的樣本插入數據流，并對信號的多個周期進行采樣，可以通過處理創建時間分辨率遠比實際采樣率建議的更精細的捕獲信號描述。一些設備可以使用這種技術將重復波形的有效采樣率提高 25 倍。?

記憶深度。數字示波器的一個優點是它們可以捕獲信號以進行后續顯示和測量。捕獲間隔的長短取決于采樣率和設備的內存深度。當有多個通道可用時，查找每個通道的深度。一些設備還提供將信號數據直接傳輸到大容量存儲以供以后分析和顯示的選項。

操作系統。USB 示波器的大部分功能來自軟件。供應商支持的操作系統將決定哪些主機可以運行硬件附帶的驅動程序和應用軟件。

USB 示波器還可以處理在 GHz 范圍內具有等效采樣率 (ESR) 的高端應用，例如 Link Instruments MSO-9412。（照片：鏈接儀器）

根據上述參數以及成本評估候選 USB 示波器將大大有助于縮小潛在客戶列表以滿足您的需求。但是，還有其他幾個值得考慮的屬性可能會影響您的最終決定。例如，查看設備支持的探測類型。例如，雖然大多數 USB 示波器可以接受標準 BNC 探頭連接，但有些僅提供用于連接簡單電線的接頭引腳。要查找的其他探頭屬性是對衰減探頭和差分探頭的支持。?

外部觸發和時鐘輸入是另一個需要考慮的特性。例如，擁有一個外部觸發器將允許一個雙通道示波器檢查兩個獨立的信號，而不是要求一個單獨用于觸發另一個信號的捕獲。?

同樣，尋找設備提供的任何輸出信號。例如，有些可以生成刺激被測設備所需的時鐘和邏輯信號。其他人提供對同步多個設備的操作有用的輸出。一些設備提供足夠的輸出信號，它們允許將設備堆疊起來形成一個更大的多通道設備。?

許多 USB 示波器本身就是多用途儀器，非常方便。除了模擬示波器輸入之外，有些還具有數字輸入線，從而允許該設備既是示波器又是邏輯分析儀，兩個捕獲域同步。任意波形生成和頻譜分析是 USB 示波器中經常結合的另外兩個功能。?

根據硬件規格縮小候選列表后，不要忘記評估實際上使該設備成為示波器的軟件。查看可以對設備操作進行何種控制。評估配置設備、捕獲和顯示數據、進行測量等的難易程度。還要尋找特殊功能，例如邏輯分析儀功能中的串行協議解碼（IC2、CAN）、自動頻率或幅度測量等。

曾經，USB 示波器的概念幾乎是廉價和低檔的代名詞。盡管這樣的選擇仍然存在，但情況已不再如此。與此同時，USB 示波器的尺寸更小、相對成本更低以及經常增強的軟件功能等優勢也得到了擴展。對于要求最苛刻的應用，臺式儀器仍然勝過 USB 設備。但對于許多應用來說，合適的 USB 設備是非常實用的。

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審核編輯 黃昊宇