不懂示波器的工程师不是好工程师，从原理到应用一文搞定！

量应用中是很有用的。比如，如果用户在评估一个嵌入式（板级）信号处理系统的时候需要查看跨越子系统的模拟、数字和高频信号，那么混合域示波器便可以满足要求。数字示波器的基本元素

每一台数字示波器都具备四个基本功能模块 – 垂直系统、水平系统、触发系统以及显示系统。为了理解数字示波器的整体功能，理解各个模块的功能至关重要。

数字示波器前面板的大部分区域均用于控制垂直、水平和触发功能，因为大部分必需的调节工作都是由这些功能来完成。垂直功能部分通过控件改变"volts per division"（每格电压值）数值来控制信号的衰减或放大，使信号能够以适当幅度进行显示。水平控件与仪器的时基有关，其"每格秒数"控件用于确定显示屏上水平每格所代表的时间量。触发系统会执行信号稳定化处理以及示波器初始化等基本功能以进行信号采集，用户可以选择并修改具体触发类型。而最后的显示系统则包括显示器本身和显示驱动器，以及用于执行显示功能的软件。

垂直系统

该系统（图 4）让用户能够垂直定位和缩放波形，选择输入耦合方式，以及修改信号特征使其以特定方式显示在屏幕上。用户可以将波形垂直放置在显示屏上的精确位置，并增加或者缩小其大小尺寸。所有示波器的显示屏幕上均设有栅格，用于将屏幕上的可视区域划分为 8 个或者 10 个垂直格，每格代表总电压的一部分。也就是说，对于显示栅格有 10格的示波器来说，如果总体可显示的电压为 50 V，那么每格代表 5 V。

图 4：垂直系统

8格、10格或者其它一些栅格在选择上是随意的，为简单起见通常会选用 10格：10格比 8格更加容易划分。探头也会对显示比例造成影响，有些探头不会对信号造成衰减（1X 探头），有些探头会有 10 倍衰减功能 (10X 探头)，有些甚至可以达到 1000 倍衰减。探头的问题会在下文再进行讨论。

前面提到的输入耦合基本上确定了从信号被探头捕捉，到经过线缆传入仪器的整个过程的信号传输。直流耦合提供 1 M欧姆或者 50 欧姆的输入耦合阻抗。

选择 50 欧姆的输入耦合可以将输入信号直接发送至示波器的纵向增益放大器，由此可以实现最宽带宽。选择交流或者直流耦合模式（对应的 1M 欧姆端子数值）会在纵向增益放大器前方放置一个放大器，通常在所有情况下均将带宽限制为 500 MHz。如此高阻抗的好处在于提供了内在的高电压保护。在前面板上选择"接地"之后，纵向系统会断开连接，0-V 的点会显示在屏幕上。

其它与垂直系统相关的电路还包括一个带宽限制器，用于在对显示波形进行降噪时衰减高频信号成分。许多示波器还利用一个 DSP 任意均衡滤波器（抗混叠滤波器）来扩展仪器带宽，通过调整示波器通道的相位和幅值响应使仪器带宽超出前端的原始响应。然而，这些电路要求采样率满足奈奎斯特定理 -- 采样率必须大于信号最大基频的两倍。为了实现这一点，仪器通常会被锁定在其最大采样率，在未禁用滤波器的情况下无法降低采样率以察看更长的持续时间。

水平系统

相对于垂直系统，水平系统与信号采集更相关，强调采样率、存储深度以及其它与数据采集和转换直接相关的性能指标。

采样点之间的时间间隔称为采样间隔，样点值代表保存在存储器中用于产生波形的数值。波形点之间的时间间隔称为波形间隔，由于一个波形点可能建立在多个采样点的基础上，因此两者是相关的，有时也可能具有相同的数值。

一般示波器的采集模式菜单非常有限，因为一个通道只能产生一个波形，用户只能选择一种采样类型或者一种波形算法类型。但是，某些示波器可以在一个通道上并行显示三个波形，而且各个波形都可以对采样类型和波形算法类型进行组合。典型的模式包括：

• 采样模式：对于每个波形间隔，均由一个采样点来产生一个波形点。
• 高分辨率模式：对于每个波形间隔，会显示波形间隔的平均采样点。
• 峰值检测模式：对于每个波形间隔，会显示波形内的最小采样点和最大采样点。
• RMS：显示波形间隔内的采样点 RMS 值。这与瞬时功率成比例。

典型的波形算法模式包括：
• 包络模式：基于由至少两个触发事件所捕捉的波形，示波器会生成一个边界（包络线）来表示波形的最大值和最小值。

• 平均模式：根据多次采样获得各个波形间隔样本的平均值。

触发系统

触发器是每个数字示波器的基本单元之一，用于捕捉信号事件进行详细分析以及提供稳定的重复波形视图。触发系统的精度及其灵活性决定了如何显示以及分析测量信号。如前所述，数字触发系统在测量精度、采集密度以及功能性方面为示波器用户带来显著