设计指南：了解 USB 示波器选择

作者：Richard Quinnell，主编

示波器是电子开发人员可以拥有的基本测试设备之一，并且已经使用了 50 多年。最近的一项创新是将仪器简化为一个信号采集前端，该前端通过 USB 连接到个人计算机，使用 PC 的资源来消除电源和显示器的体积和成本。这种 USB 示波器的成本和尺寸优势使其成为开发人员工具包的诱人补充，但现在它们的性能和价格范围令人眼花缭乱。了解关键规格有助于做出正确的决定。

通用串行总线 (USB) 面世后不久，有人想出了如何使用总线为数字化仪供电并连接数字化仪，计算机可以使用其数据来模拟传统示波器的操作。早期的设备既粗糙又性能有限，但具有相对便宜的优势。为了检查这些第一款 USB 示波器可以处理的有限范围内的信号，它们为更传统（且更昂贵）的示波器提供了一个有趣的替代方案。

快进到今天，您会发现 USB 示波器不再需要低性能或低成本。当今市场上的设备价格从 20 美元到 20,000 美元不等，性能范围同样广泛，但不一定相关。因此，在 USB 示波器选项中进行选择变得更加复杂。

DPScope-II 等入门级 USB 示波器适用于音频和串行总线等中等信号要求。（照片：DPScope）

开始的地方是了解示波器的主要规格和特性，并根据您的特定需求对其进行评估。要查看的内容包括：

通道数量——虽然您可能一次只想查看一个信号，但拥有多个通道会带来一些显着的潜在好处。多通道允许查看信号之间的时序关系，并允许一个信号作为触发器开始查看另一个信号。根据可用的软件，也可以从另一个通道中减去一个通道，以查看小的差异，例如负载电阻器之间的差异，否则这些差异可能会在大的基本信号中丢失。

通道数。虽然您可能一次只想查看一个信号，但拥有多个通道会带来一些显着的潜在好处。多个通道允许查看信号之间的时序关系，并允许一个信号作为触发器开始查看另一个信号。根据可用的软件，也可以从另一个通道中减去一个通道，以查看小的差异，例如负载电阻器上的差异，否则这些差异可能会在大的基极信号中丢失。 

带宽。这是通向数字化仪的通道的模拟带宽，在其 3-dB 点测量。它实际上是示波器可以准确捕获的最高频率正弦信号。 

ADC 位。模数转换器使用的位数设置捕获和显示期间垂直分辨率的限制。一些设备提供的“增强分辨率”大于 ADC 的位数，这是通过处理实现的。该技术需要对信号进行大量过采样，这会降低示波器的有效采样率。 

采样率。对模拟信号进行数字化需要采样率至少是信号中最高正弦频率的两倍（奈奎斯特率），否则高频信号将在显示中显示为低频信号（混叠）。大多数示波器供应商建议采样率至少是通道模拟带宽的五倍以避免失真。 

在处理诸如时钟信号之类的重复波形时，存在一种提高示波器有效采样率 (ESR) 的方法。通过将随机交错的样本插入数据流，并对信号的多个周期进行采样，可以通过处理创建时间分辨率远比实际采样率建议的更精细的捕获信号描述。一些设备可以使用这种技术将重复波形的有效采样率提高 25 倍。 

记忆深度。数字示波器的一个优点是它们可以捕获信号以进行后续显示和测量。捕获间隔的长短取决于采样率和设备的内存深度。当有多个通道可用时，查找每个通道的深度。一些设备还提供将信号数据直接传输到大容量存储以供以后分析和显示的选项。

操作系统。USB 示波器的大部分功能来自软件。供应商支持的操作系统将决定哪些主机可以运行硬件附带的驱动程序和应用软件。

USB 示波器还可以处理在 GHz 范围内具有等效采样率 (ESR) 的高端应用，例如 Link Instruments MSO-9412。（照片：链接仪器）

根据上述参数以及成本评估候选 USB 示波器将大大有助于缩小潜在客户列表以满足您的需求。但是，还有其他几个值得考虑的属性可能会影响您的最终决定。例如，查看设备支持的探测类型。例如，虽然大多数 USB 示波器可以接受标准 BNC 探头连接，但有些仅提供用于连接简单电线的接头引脚。要查找的其他探头属性是对衰减探头和差分探头的支持。 

外部触发和时钟输入是另一个需要考虑的特性。例如，拥有一个外部触发器将允许一个双通道示波器检查两个独立的信号，而不是要求一个单独用于触发另一个信号的捕获。 

同样，寻找设备提供的任何输出信号。例如，有些可以生成刺激被测设备所需的时钟和逻辑信号。其他人提供对同步多个设备的操作有用的输出。一些设备提供足够的输出信号，它们允许将设备堆叠起来形成一个更大的多通道设备。 

许多 USB 示波器本身就是多用途仪器，非常方便。除了模拟示波器输入之外，有些还具有数字输入线，从而允许该设备既是示波器又是逻辑分析仪，两个捕获域同步。任意波形生成和频谱分析是 USB 示波器中经常结合的另外两个功能。 

根据硬件规格缩小候选列表后，不要忘记评估实际上使该设备成为示波器的软件。查看可以对设备操作进行何种控制。评估配置设备、捕获和显示数据、进行测量等的难易程度。还要寻找特殊功能，例如逻辑分析仪功能中的串行协议解码（IC2、CAN）、自动频率或幅度测量等。

曾经，USB 示波器的概念几乎是廉价和低档的代名词。尽管这样的选择仍然存在，但情况已不再如此。与此同时，USB 示波器的尺寸更小、相对成本更低以及经常增强的软件功能等优势也得到了扩展。对于要求最苛刻的应用，台式仪器仍然胜过 USB 设备。但对于许多应用来说，合适的 USB 设备是非常实用的。

EP 的代表性 USB 示波器图表可帮助您开始寻找适合您需要的设备。已注册的 EP 读者可以使用下面的链接下载副本。

为了帮助您找到候选人，Electronic Products 准备了一份 PDF 选择指南，其中总结了代表性产品并链接到其供应商页面，注册读者可以通过单击本文底部的“下载指南”按钮获得。请注意，本指南具有代表性，并不全面。列出的许多供应商提供的型号比图表中描述的要多，并且可能错过了一些供应商。然而，该图表将提供一个起点，并且对于许多人来说，这将是您找到合适的 USB 示波器所需的全部内容。

审核编辑 黄昊宇