正文
– 高速信号完整性分析（眼图、抖动分析）
– 标准总线一致性分析（USB、PCle、DDR、HDMI等）
– 串行信号解码（I2C 、 SPI 、 CAN等）
– 宽带信号的调制分析（UWB 、雷达等）
示波器的用途十分广泛，以上只是其中的几种。它的确是一种功能强大的通用仪器。
基本的示波器控制与测量
基本的四个前面板控制
通常，必须使用前面板上的旋钮和按键来操作示波器。除了前面板上提供的控制以外，许多高端示波器现在还配有操作系统，因此可以像计算机一样来操作。可以为示波器连接鼠标和键盘，并使用鼠标通过显示屏上的下拉式菜单和按键来调整控制。此外，有些示波器还配有触摸屏，只需通过触笔或指尖就能访问菜单。
当第一次使用示波器时，请先检查要使用的输入通道是否已经打开。然后找到并按下 [Default Settings]，使示波器恢复到默认状态。接着再按下 [Autoscale] 键，自动设定垂直和水平刻度，以便在显示屏上完美地呈现波形。以此作为起点，然后再做些必要的调整。如果无法追踪到波形或在显示波形方面出现困难，请重复以上步骤。大部分示波器的前面板都至少包括四个主要区域：垂直和水平控制，触发控制以及输入控制。
垂直控制
示波器的垂直控制结构通常集中在一个标示为 Vertical 的区域内，这些控制结构可以调整显示屏的垂直刻度。例如，其中有一个控制机构可以指定显示屏网格的 y 轴上的每格（刻度）电压。可以通过降低每格电压来放大显示波形，或提高每格电压来缩小显示波形。另外还有一个控制机构可以调整波形的垂直偏移，它可以让整个波形在显示屏上往上或往下平移。图 16 是Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器的垂直控制区域。
图 16. Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器前面板上的垂直控制区域
水平控制
示波器的水平控制机构通常集中在前面板上标示为 Horizontal 的区域。这些控制机构可以调整显示屏的水平刻度。其中有一个控制机构可以指定 x 轴的每格时间。同样，只要减少每格时间，就可以放大显示较窄时间范围内的波形。另外还有一个控制机构可调整水平延迟（偏置），它可以扫描一个时间范围。图 17 是Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器的水平控制区域。
图 17. Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器前面板上的水平控制区域
触发控制
如前所述，在信号上进行触发有助于显示一个稳定、可用的波形，并可查看感兴趣的波形部分。触发控制可选择垂直触发电平（例如希望示波器触发时所在的电压）和不同的触发功能。常见的触发类型包括：
边沿触发
边沿触发是最常见的一种触发模式。当电压越过某个阈值时，触发就会发生。可以选择在上升沿或下降沿触发。图 18 是在上升沿触发的图形显示。
图 18. 当在上升沿进行触发时，只要达到阈值，示波器就会进行触发
毛刺触发
在毛刺触发模式下，当事件或脉冲宽度大于或小于指定的时间长度时就会进行触发。这项功能对于发现随机毛刺或错误非常有用。如果这些毛刺不常出现，可能会很难看到，但只要使用毛刺触发就可以捕获到许多这类错误。图 19 是Keysight InfiniiVision 6000 系列示波器捕获到的一个毛刺。
图 19. Keysight InfiniiVision 6000 系列示波器捕获到的一个偶发毛刺。
脉冲宽度触发
当寻找特定脉冲宽度时，脉冲宽度触发与毛刺触发类似。但这项触发功能更普遍，因为可以在任何指定宽度的脉冲上触发，并可选择想要在脉冲的哪个极性（负或正）上触发。也可以设定触发的水平位置，以观察触发前后所发生的事。例如，可以执行毛刺触发来找出错误，然后查看触发前的信号以了解造成毛刺的原因。如果将水平延迟设置为 0，则触发事件将会以水平方向出现在屏幕中间。在触发之前发生的事件会出现在屏幕的左边，在触发之后立即发生的事件会出现在右边。也可以设置触发耦合，以及想要触发的输入信号源。不一定非得在信号上触发，而是还可以在相关的信号上触发。图 20 是示波器前面板的触发控制区域。
图 20. Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器前面板上的触发控制区域
输入控制
示波器通常提供 2 或 4 个模拟通道。这些通道会加以编号，而且每个通道通常会对应一个相关的按键，供打开或关闭通道。另外，也可以选择指定的交流或直流耦合。如果选择直流耦合，则输入整个信号。反之，交流耦合会阻隔直流分量，并将波形的中心设在大约 0 V（接地）。此外，还可以通过选择键为每个通道指定探头阻抗。也可以通过输入控制机构选择采样类型。信号的采样有两种基本的方法：
实时采样
实时采样会对波形进行频繁的采样，因此在每次采集时都能捕获到完整的波形图像。借助实时采样功能，当前的一些高性能示波器能够单次捕获高达 33-GHz 带宽的信号。
等效时间采样
等效时间采样必须历经多次采集才能建立波形。它会在第一次采集时采样信号的某个部分，在第二次采集时采样另一部分，依此类推。随后它会将所有的信息结合在一起以重建波形。等效时间采样适用于高频信号，这些信号对实时采样来说速度太快（>33 GHz）。
功能键
可以在未配备 Windows 操作系统的示波器上找到一些功能键（如图 8 所示），利用这些功能键来访问示波器显示屏上的菜单系统。图 21 列举了按下功能键时弹出的一种快捷菜单。该菜单用于选择触发模式。可以连续按动多功能键以切换不同的选项，或者利用前面板上的旋钮转到想要的选项。
图 21. 在触发菜单下，按下功能键时出现的 Trigger Type（触发类型）菜单。
示波器的使用
数字示波器可以支持执行广泛的波形测量，测量的复杂程度和范围取决于示波器的功能组合。图 22 是Keysight 8000 系列示波器的空白屏面。请注意，在屏幕的最左边有一排测量按键 / 图标，使用鼠标将这些图标拖曳到波形上，示波器便可计算出测量结果。这些图标非常直观地显示了可以执行哪一种测量计算，因此用起来非常方便。
图 22. Keysight 示波器的空白屏面
许多示波器都会提供以下的基本测量：
峰峰值电压测量
这项测量可以计算单个波形周期内的高低电压之间的电压差。
图 23. 峰峰值电压
电压有效值（RMS 电压）测量
这项测量计算波形的 RMS 电压，该值可进一步用来计算功率。
图 24. 上升时间示例（显示峰峰值电压从 0% 到 100% 所需的时间，而不是通常设置的 10% 到 90%）
上升时间 - 这项测量旨在计算信号从低电压上升到高电压所花的时间。通常是计算波形从峰峰值电压的 10% 变到 90% 所用的时间。上升时间是上限阈值上的时间减去正在测量的边缘的下阈值上的时间。下降时间相似，即下阈值上的时间减去正在测量的边缘的上限阈值上的时间。
一旦已采集到信号并将其显示在示波器上，下一步通常是在波形上进行测量。示波器现在具备极其丰富内置测量功能，能迅速分析波形。这些基本测量的范例包括：
脉宽测量
脉宽是从第一个上升沿的中间阈值到下一个下降沿的中间阈值的时间。在进行正脉宽测量时，计算脉冲宽度的方法是，计算波形从峰峰值电压的 50% 上升到最大电压再回落到 50% 所需的时间。负脉宽测量则是计算波形从峰峰值电压的 50% 降到最小电压再回到 50% 所需的时间。
幅度和其它电压测量
这是波形显示幅度的测量。通常也可测量峰峰值电压、最大电压、最低电压以及平均电压。
周期 / 频率：周期定义为中间阈值两次连续交叉点电压之间的时间。频率定义为 1/周期。
以上是许多示波器都会提供的测量项目，但大多数示波器所能执行的测量并不仅限于此。
示波器基本运算功能
除了前面讨论的测量功能以外，还可以针对波形执行许多数学运算，包括：包括：
- 傅立叶变换 - 通过傅立叶变换可以可知道信号由哪些频率组成。
- 绝对值 - 此项运算功能可以帮助显示波形的绝对值（以电压值表示）。
- 积分 - 这个功能可以计算波形的积分。
- 加减运算 - 可以利用加减运算将多个波形相加或相减，并示出运算结果所产生的信号。
- 再次强调，以上只是示波器所提供的一小部分测量与运算功能。
重要的示波器性能特性
示波器的许多特性都会明显影响仪器的性能，进而决定对设备做出准确测试的能力。本节介绍这些最基本的特性，也会帮助熟悉示波器的术语，并说明如何明智地挑选最符合需求的示波器。
示波器带宽
带宽是示波器的一项最重要特性，因为它表示了示波器在频域内的具体范围。换言之，带宽决定了能够准确显示与测试的信号范围（以频率表示）。带宽以赫兹为测量单位。没有足够的带宽，示波器将无法准确再现真实的信号。
示波器通道
通道是指示波器的独立输入。示波器通道的数量介于 2 到 20 个之间，通常是 2 或 4 个。通道所传送的信号类型也不尽相同。有些示波器只具有模拟通道（这些仪器称为 DSO――数字信号示波器），另一些示波器同时具有模拟通道和数字通道，称为混合信号示波器（MSO）。例如， Keysight InfiniiVision 系列 MSO 提供 20 个通道，其中 16 个是数字通道，4 个是模拟通道。请确保有足够的通道供应用使用。如果只有两个通道，但必须同时显示 4 个信号，显然会出问题。
图 25. Keysight MSO 2000 系列示波器上的模拟和数字通道
示波器采样率
示波器的采样率是指每秒可采集的样本数量。建议选择采样率至少比带宽大 2.5 倍的示波器，但采样率最好为带宽的 3 倍以上。
示波器存储深度
如前所述，数字示波器使用 A/D（模拟 /数字）转换器对输入的波形进行数字转换，经数字转换的数据会存储到示波器的高速存储器中。存储深度是指可以存储的采样或数据点的数量，也就是可以存储数据的时间长度。在理想条件下，不论示波器如何设置，采样率都应维持不变。但这样的示波器在很大的每格时间（时间 / 格）设置下需要相当大存储器，而其售价将会超出许多客户所能负担的范围。实际上，只要增加时间范围，采样率便会下降。存储器深度至关重要，因为示波器的存储器深度越大，以全采样速率来采集波形的时间就越久。我们可以用数学算式来表示：存储器深度 =（采样率）（显示屏的时间设置范围）。因此，如果想在较长的时间范围内显示高分辨率数据点，那么就需要使用深存储器。确认示波器在最深的存储器深度设置时的性能也很重要。在此模式下示波器的性能通常会急剧下降，因此许多工程师只有在必要的时候才会使用深存储器。
波形捕获率
捕获率是指示波器采集和更新波形显示的速率。虽然肉眼上看上去好像示波器正在显示“作用中”的波形，但那是因为更新的速度太快，以致肉眼无法察觉到变化。事实上，每次波形采集之间都会出现一段静寂时间（也称死区时间）（见图 28），此时波形的某个部分并不会显示在示波器上。因此，如果在这段时间出现一些偶发事件或毛刺，是不会看见的。显而易见，快速的捕获率非常重要。捕获率越快，意味着死区时间越短，可捕获到偶发事件或毛刺的机率就越高。
图 28. 静寂时间（死区时间）示意图圆圈指出的偶发事件将不显示
示波器探头
示波器决定着显示信号和分析信号的准确程度，而用来连接示波器与被测件（DUT）的探头则与信号完整性息息相关。如果使用的是 1 GHz 的示波器，但探头却只支持 500 MHz 的带宽，那么将无法充分利用示波器的带宽。本节讨论探头的类型及每种探头所适合的应用。
负载
没有任何一个探头可以完美地复制信号，因为当把探头连接到电路上时，探头就会变成该电路的一部分。电路中的部分电能会流经探头，我们称之为负载。负载共有三种：电阻、电容和电感。
电阻负载会造成显示的信号出现错误的幅度，也可能在连接探头时导致故障的电路开始发生作用。探头的电阻最好比信号源电阻大 10 倍以上，以便使幅度降低到 10% 以下。
电容负载会导致上升时间变慢，并使带宽变小。为了减少电容负载，探头的带宽至少应是信号带宽的 5 倍。
电感负载在信号中会以振铃形式出现。它是由探头接地导线的电感效应引起的，因此请尽可能选用最短的导线。
