电脑示波器国内外主流仪器分析.docx
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电脑示波器国内外主流仪器分析
谈谈国际上比较流行的基于PC电脑示波器
北京迪阳世纪科技有限公司~~~就国内外比较主流的基于PC的示波器及组合仪器进行深入的解读。
为广大客户选择虚拟仪器进行借鉴。
基于PC的电脑示波器，是随着计算机技术的发展应运而生的产物，因为计算机处理能力在不断提升，运算速度在不断提高，所以用电脑做示波器才成为可能。
由于示波器的很多功能计算机已具备，象显示器，CPU，键盘，和磁盘驱动器。
所以用户没必要花费大价钱购买昂贵的台式示波器。
以前，示波器曾被认为珍贵的仪器，庞大的身躯，细小屏幕，占用很大的面，但时至今日，许多其功能都可以用一台PC执行，一个小小的盒子竟可将普通的PC变身成一台功能强大的示波器，兼且还拥有特大的屏幕显示，由其是软件功能的强大能实现千变万化的测量要求，几乎能实现所有测量功能，所以相当吸引用户。
所以此文从全球上比较流形的15台这类USB示波器来一次广泛评估和比拼，从而了解它们的长处和特点，对你选购电脑示波器应有帮助。
示波器在电子世界中已成为必需的测量仪器，在最初的日子，它们是简单的庞然巨物，有限的频率范围，只以单一通道测量，之后才有多通道版本。
数字储存示波器甚至更后期才出现，它们可以“冻结”波形影像，并将之存入存储器里。
更豪华型的示波器有时包括内置小型打印机，即时可印出它已存的影像，夹在测量报告上。
在电子技术不断进步下，机箱也逐步缩小及更轻便，最高测量频率创新高。
测量仪表制造商也将示波器发展至可容纳万用表及改用LCD屏幕，使到示波器适合于便携用途上。
上述提及的所有种种类型至今仍是普遍使用。
PC机的普及
PC在每一个用户及每一办公室中已成为标准的设备，也是在电子世界中成为不可缺的东西，譬如PC用来绘制电子线路的原理图，模拟电路操作、PCB设计等，PC在实验室也是非常便利的工具，因此，PC机成为测量系统的一部分已是一个明显的应用泛围。
USB示波器
不需要太多的想像，科技人员自然会想到要是某种A/D转换器与PC机的结合就能当示波器观察各类的信号波形用，这不是一个很好的事情吗？
所以有人就把这二种设备接合，做成一种仪器，这实际上等同于示波器所做的事情。
而A/D转换器加上外围的接口再加上缓存，就购成了基础的采集电路，这种电路就叫“虚拟示波器”现在，市面上已有各类不同的虚拟示波器出售，都以这个用途打出名堂，由廉价的至昂贵的都有供应，遂使我决定要去看在这个领域以USB接口的示波器现况，因为要追得上时尚，而串行接口在新PC上渐渐不复见了。
在这种安排底下，适配器组成USB示波器的心脏，负责测量信号，而PC实在只为信号担当一个数据处理与显示角色。
适配器由前置放大器与衰减器、A/D变换器，USB界面等成份组成，去处理被测量的信号，并把量度数据通过USB接口传送至PC，PC上运行的相关软件处理所收到的数据，然後将结果显示在电脑屏幕上，这里有巨大的显示屏幕供我们使用，尤其与以前的仪器比较更觉赏心悦目。
在显示的信号波形上由完善的图形用户界面补足，使我们外观上及所有面板操作上与“真正”的示波器毫无分别。
型号之比拼
这里挑选共15台这类“USBscopes”，并进行严格的检验，在下面数页中公布结果，虽然这不等同於一项深入，彻底的研究，但至少呈示最重要的事实资料和特点。
检验方面包括构造质素、相关软件、易用程序、技术规格等，这都是实际能助你拣选一台合乎你需用的USB示波器。
须便一提，也有PC示波器采用并行或串行接口，不过目前未有理会它。
许多PC用户热烈支持USB接口，此乃由於其通讯速度（尤其USB2.0）及硬件安装都令人感到满意和方便。
有人会问，什么是USB示波器最重要的特性呢？
对於许多用家来讲，最重要考虑的是最高可测量频率，可是，在数字示波器场合中（这包括在USB示波器里面），实际的特徵不是在最高频率上，而是在于取样率（samplingrate），以一台示波器而言，取样率乃指每单位时间内提取某个次数的测量，各种不同的取样率都会有，但大部分的USB示波器在5MHz至500MHz之间。
理论上，取样后产生一连串的点，软件把这些点连成一条线，例如形成正弦波，这个过程称之为“重组”（reconstruction）。
因此，最高可测量频率与取样完全是两回事。
有一个常用的估算方法，就是取样率必须是被测输入信号频率至少两倍，然而，在这些条件之下信号波形是不可能重组出来。
还有不少技巧是可以使用的，比如过取样（oversampling），但等到真正遇上时才作个别讨论。
这里主要测试的虽指USB示波器，但是当中有些还兼备其他功能，譬如电压表、频谱分析仪、或甚至函数发生器，因此“USB示波器”这个名称也许不是一很贴切的名字，有某制造商冠以“多功能PC测量仪器”，只是对某功能有更佳的描述而已。
于本文结束之时会以一个表概括每一USB示波器的主要特点，对于为某特定测量场合挑选最合宜的方案提供了非常便利的参考资料，但首先看看从这15台USB示波器所取得的实际体验。
怀旧一番
我仍记得在就读初中时参观某所工业学院的开放日，令我对示波器留下深刻的印象。
在电子实验室里摆放著各类不同的仪器设备，看见示波器在各项测试中都担著重要角色，对於它能显示被测电路的信号状态感觉非常奇特，深深被它吸引，以为是很复杂的仪器。
到後修读电子学，始知道示波器的内部结构并非如此复杂难明，基本上它由阴极射线管（CRT）及水平与垂直偏转电路所组成，内部产生的锯凿波信号被施加在水平偏转板上，锯齿信号频率决定了时基，换言之，当你调节时基旋钮时原则是改变锯齿信号频率，此信号令CRT电子束在屏幕上由左至右的移动。
如果没有信号加到Y输入上及时基设定於非常缓慢的扫描，就会看见锯齿信号实际做什麽，光点不断地在屏幕上左边走到右边。
倘若逐步减少时基（即加大锯齿频率），光点则越走越快，以至最後只见一条横线。
偏转板上的连接乃代表面板上的X与Y输入端，被测信号（比如正弦波电压）施加在Y输入。
除了以内部锯齿信号施加至X输入的“正常”操作之外，还可以在两输入端施加变化信号，这样在屏幕上做出不断移动及旋转的迷人的椭圆图案，予人留下深刻的印象，这就是非常有名的“李沙育图形”。
Dso2902/Dso2904
位于中国台湾的克拉克电脑公司，开发的电脑示波器，有着高采样，多通道，高存储，性价比还行的特点.
DSO2902是500MHz采样，2通道，DSO2904是4通道，1GHz采样，其最大特点就是单次捕捉能力非常强，性价比比较优，虽然软件界面看起来不是很酷，但很好用，很实用，非常适合研发。
HS3Handyscope
位于荷兰的TiePieEngineering公司，专门制造PC测量仪器已有许多年，我们从它收到两台自己生产品牌的USB示波器双通道HandyscopeHS3及四通道HandyscopeHS4，参与是次的测试，就以结构与软件而论，两者有不少相似的地方，但却有好几方面的差异，Handyscope除了示波器功能外还提供电压表、瞬态记录、频谱分析仪功能，HS3也结合了函数发生器，它可产生正弦波、三角波、正方波、白噪声、以及由数据文件定义的任意波形信号，皆可达至2MHz最高频率。
信号的振幅（0-12V）、DC偏移、对称等当然亦可调节。
另外，也曾简略地看看其频谱分析仪，它计算输入信号的频率成份，然後将之显示在屏幕上。
用它来测试短波接收机的14MHz信号，得到相当之好的影像。
安装
软件由CD-ROM提供，还备有用户手册，但一切可从TiePie网址下载。
第一件事要做的把Handyscope与PC的USB接口连接，然后安装USBdriver，跟著应用软件，PC再启动后便立刻投入工作。
示波器
约九成的控制大概可凭直觉知道其功能作用，其于的需翻查手册。
示出的影像与一般数字示波器相似。
取样率、记录长度、及其他东西等都可以在“Timebase”菜单之下设定。
如取样率及记录长度获得适当配置，就显示出明显的影像。
“autosetup”是一项很方便的功能，它自动配置输入范围、取样率、触发电平，使到被测信号以一个容易观看的方式即时显现。
信号有可能一闪而过，但可以将影像储存，然後打印。
也可用通道1及2操作於和或差模式，还有其他。
十字线游标使用上亦非常方便，可用它来进行影像中两选点之间的测量（时间差、电压关差┅┅等）十字线测量结果以小窗口显示。
整体而言，Handyscpe是非常完善的仪器，有著相称的功能。
多通道
除了标准软件外，还有最新研发的“多通道”（muHichannel）版本软件，可从TiePie网址下载，这软件功能强大，堪称世界一流软件，（英文，中文，德文，法文，荷文）五种语言版本，无所不包的测量功能，几乎能解决所有测量问题，确实非常棒，值得一用，它容许数台仪器同时使用，比如数台HS3与/或HS4可联接一起，便很容易实现一台具有128条并行通道的仪器，这样，也可在测量执行工作，然后将之画在显示器上。
规格
两仪器在结构软件及使用上十分相似，HS3配备两条通道，供应有不同的型号，以最高取样率5、10、25、50、50、100MS/s划分，四通道HS4则分5、10、25、50MS/s最高取样率。
HS3与HS4同配有每通道一支×1/×10探针，两者都采用USB2.0接口（可兼容於USB1.1），并且可配置12、14、16bit的ADC分辨率。
又正如先前提到，HS3除了有条测量通道外，亦包含函数发生器。
结论
唯独可惜的是本文篇幅不多，未能逐一列举各种的选择和特色（对於其他USB仪器也有确实的情况），但出自TiePie的USB示波器无疑是真正高档的产品，受到许多电子爱好者额外的欢迎，它们是突出，功能特多的仪器。
USBInstruments
从这牌子中试用两个型号中，首个是“标准”USB示波器∶DS1M12Stingray，其次是“笔式示波器”∶PM40M10Swordfish。
与两个TiePie示波器相比，这两款来自USBInstruments的PC仪器就彼此不相像，不过另一方面，应用程序和图形用户界面却实际无分别，除了某些细节。
Stingray
可称DS1M12为“入门型号”它算是良好的双通道示波器，但主要的限制在於最高测量频率上，制造商订明模拟带宽仅得250KHz。
它除担当为示波器外，亦可兼任数据记录器和函数发生器，它具备FFT能力（与Handyscopes一样）、“FFT”是“FastFourierTransform”略称，属於一类的频谱分析方法。
在FFT分析显示上，频率取代了时间成为横轴，在2ms的最短时基设定下，该频谱分析仪的X轴伸展至500KHz。
Stingray在一般操作模式下虽只得1MS/s的取样速度，但ADC分辨率却有可观的12bit。
通过进行过取样，可取得20ms/s的取样率，然而，过取样只应用於无变化（重复性）输入信号身上。
在过取样模式中，软件在每一周期上以不同的时间测量信号，然後把结果合拼，这相当於一种对信号加强取样的软件技巧，补足用直接取样法未适当重建的缺点。
Stingray在这方面的表现是不俗的。
Stingray外型轻巧，方便携带和使用。
Stingray软件
软件存放於一片细小的CD-ROM里，安装容易，放入CD後，随即显示菜单，提供各项选择，包括“示波器”程序、数据记录器程序、手册及其他。
CD-ROM上也备有Linux驱动程序。
实际表现
Stingray予人的印象是易用，实际甚至毋须翻阅手册。
图形用户界面与常规的示波器极之相似，当选择“autoset”自动为显示信号找寻最佳设定值时，眼见好像有无形之手在拨弄虚拟旋钮，真是极之有趣。
这样给你花很少时间在左右调节旋钮上，而更专注於有用的工作。
当然你亦可随时加插调校，譬如增加或减少显示时期数目。
Swordfish
外型上就很不同，正如其名称一样，像一条剑鱼，是一件手提式的测棒笔式示波器，虽然它来自同一制造商，但有著完全不同的结构和规格。
Swordfish集示波器与数据记录器於一身，所以有函数发生器输出，不过取样率明显高於Stingray。
Sworddfish有10bit的ADC分辨率，取样率正常为40MS/s，但采用过取样则可提升至1GS/s，模拟带宽达至5MHz，换言之Swordfish可测量的信号比Stingray更加多。
它也备有FFT功能，与时基设定联击，此外，Swordfish在探针上设有一按钮，一经按动便把影像“冻结”。
Swordfish的针尖采用Cinch连接器扣接，很容拆除，然後将BCN插头插入到Cinch连接器，这样就可以使用常规的探针。
Swordfish软件
Swordfish软件也存放於一片小型CD-ROM里，安装与菜单查实与Stingray一样，不过图形用户界面就稍有分别，因为Swordfish是一个单通道示波器。
结论
这两疑不同仪器，各有其自己的特定应用区域，两者都以用户界面的实用性（唯可惜的是不能重定大小区域）和易用软件（支援Linux）见称。
屏幕颜色可再配置，标度线也是明亮的。
总的来看，两者都是精良仪器，备有相称的软件。
PenscopeDAQ
RKSystems制造的Penscope
DAQ有非常良好规格，不可轻看其不讨好的外型──带点“土味”，查实内有高达100MS/s的最高取样率，20MHz的模拟带宽，以及128KB数据缓冲器。
8bitADC分辨率略嫌低于其他如Handyscopes及Vego。
Penscope也配备有电压表及FFT功能，它实际是探针型，就如Swordfish一样，唯可惜其探针尖不能拆除，所以，如想连接常规探针的话，就要自行修改。
软件
供应之CD-ROM并非自动执行，故要经人手打开文件夹及执行exe文件，其馀的安装过程则简单。
操作手册在另一片CD-ROM以PDF文件供应，它也在软件完成安装後出现在PC上。
鉴於Penscope是非直觉式操作，该手册须时刻留在身边。
实际体验
它本身就是一个故事，首先，图形用户界面尤其不容易了解，虽然在提示这点上似乎很专业，但与我们使用的一般示波器及其他USB示波器却是有点分别，因此需花大量的时间才可开始步入正路，它也需很长的时间才形成影像，另又发现，缺少时基及输入灵敏旋钮下实有点不便，虽然在这方面有其他“旋钮”，但全不是明显知道如何用它。
宁愿见到平常使用的示波器面板并有化作虚拟的控制。
总结
Pencope没有特殊的专业外表，也不容许其他的测量配件与之连接，换言之你要在探针尖上做点工夫。
图形用户界面虽有专业的外观，但是非标准的控制经常需要弄清楚如何使用它才可测量。
PicoScope3205
Picotech生产广泛各类的电子测量仪器，其PicoScope3205型USB示波器在外型上比起目前所见的其他仪器略为大一点，但仍属于小型类别。
PicoScope除担当示波器主要角色外，还有兼任频谱/FFT分析仪、数据记录器、信号发生器等身份，规格上相当之好。
3205属专业仪器级别，“正常”取样率达至100MS/s。
使用过取样更可获得高达5GS/s的速度。
模拟带宽为100MHz（实际只可用於过取样）频谱分析仪有50MHz的工作范围。
3205内设8bitADC分辨率及1MB储存缓冲，信号发生器可产生最高频率达1MHz的正弦波、三角波、锯齿波等信号。
它也可操作於扫描方式，在消除影像棱角方面做得很好。
测量通道有两条，可配置为测量信号及写入数据，以“交替”或“斩波”模式执行。
软件与用户界面
从付上的CD-ROM安装软件是完全很简单的，一切工作马上起行。
用户界面上没有虚拟旋钮，改而主要使用拉下菜单，不过，一切都非常有正觉性，而且是立即经得起考验。
有一个尤其好的特色是同一信号可以用不同的设定，如不同的时机及不同的输入灵敏度，在新的屏幕上打开，相关的颜色也可自由分配。
总结
可以肯定说，在拣选当中它是其中一件较佳的仪器，喜欢PicoScope3205的原因包括软件、效能、屏幕影像、易用、结构等。
这是从事电子行业人士所喜爱的仪器。
ETCM522
此是由ETC公司制造的M522型USB示波器。
M520系包括4个USB示波器型号，由M524，为首的两个是60MHz版本，後两个是120MHz版本。
M522设有两条测量通道，并提供额外输出作为外部触发或方波发生器（供探针校准之用）。
顺便一提，大多数示波皆有这个特色。
与早前所讲述的所有示波器一样，M522可兼容於USB2.0及USB1.1，有60MHz带宽，取样率在正常操作模式下为50MS/s，在过取样下则为5GS/s。
M522除发挥示波器功能外，亦能兼顾有频谱分析仪。
据规格所指，最大容许输入电压於100KHz下达至±200V（除触发输入外），是挺高的！
并非所有USB示波器能承受如此高的电压。
软件与操作
开始安装时令人感到有点平淡乏味，最终也没有问题出现，所有步骤都有清楚指示，所以不消数分钟便可使用M522。
“控制面板”比起目前所见的复杂一些，但仍可视之为容易掌握。
图形用户界面上显示有大量小按钮和旋钮，但不妨把玩一会，很快便知道它做些什麽。
实际体验
正如刚才所讲，偶然也要查阅手册才知如何使用，然而，操作上尚算便利，最终常去到我们所想的。
时基与分析仪之间的关系颇为不便，因为每次调节时基分析仪窗口便消失。
因此，是好使用卷动按钮来调校分析仪的X轴设定。
再次看见所有颜色都是自由调配。
总结
制作严谨，规格与效能俱皆，唯可惜没有任何内置函数发生器（除简单的方波信号）。
用户界面详尽，有专业外型，倘若你只需要示波器与频谱分析仪两者结合，并测量在最高频率界限以下的信号，M522无疑是一个很好的选择（另可选M523或M524以求更大带宽）。
DSO-2090USB
这是由Voltcraft推出的其中一款示波器，（实际上是OEM国内厂家的仪器）除了DSO-2090USB以外，又相继开发了，DSO2150，DSO2250，DSO5200，DSO3064，因此DSO-2100成为其“入门型号”，而鉴于其最高测量频率，也许主要打算在业馀爱好人士上。
它有100MS/s取样率及8bit分辨率，虽看不见它提及有过取样字眼，但有两种方式的信号扫描∶“sampled”扫描及“linear”扫描，后者似乎与某种过取样相类似。
Y轴灵敏度设定范围由每分度50mV至每分度50V，分7级递增，时基可调节由每分度50ns至0.5s。
它有一缺点，就是供应的USB缆线颇短，这就遗憾了，因为在整体成本上几乎是无分别的。
正如与许多被测的示波器一样，这里亦发现有外部触发选择。
软件与用户界面
在这方面DSO-2100的表现与其他不同，用户界面包括3个窗口，可个别置於屏幕适当位置，当然亦可整齐地排成一行或一列，这种做法好处不是即时显现，但有奇特效果。
操作上简单而清晰，有手册在手，每样事情很快便弄清楚。
总结
非顶尖但对业于者确是一件有趣而又能负担的仪器，有吸引的软件和惊喜的用户界面，基本示波器功能绝无任何麻烦和忧心，频率范围略嫌受一点限制。
操作简单，即使初学者可容易处理，至於更高的效能或者半专业应用，DSO-2100会是较佳的选择。
Bitscope
Bitscope在欧洲不是一家特别出名的公司，不过，它经已有多年设计及销售多种PC示波器的经验，除RS232及USB接口版本外，还有采用以太网界面的网络版本，这样很容易把数台示波器及与PC耦合，因此而令到数据传输速度有重大增加。
Bitscope单独地销售其产品，通过网上直销方法。
BitscopeBS-50
麻雀虽小，五脏俱全，BitscopeBS-50是难得的好东西，可惜只设有一个BNC插座，不过，阔范围信号可经由BNC插座侧旁的26线POD插座输入。
BNC输入亦有其特色，正常输入阻抗为1MΩ（连20pF并联），然而，在采用FFT模式时，信号源大多是发射机输出（信号要被大量衰减，因输入不能处理大功率电平）。
发射机输出一般是50Ω阻抗，而Bitscope允许BNC的输入阻抗换接至50Ω。
BS-50有不错的示波器规格，模拟带宽达至100MHz，取样率在快速模式下可配置於4-40MS/s范围，也提供其他模式（比如结合於其他测量数据），最高取样率去至20MS/s，另外亦有慢速模式，各类不同信号可连接到POD插座，并提供函数发生器输出（AWG）、串行I/O接口，两个电源电压等设备。
BS-50可经由外部供电，与所有USB示波器一样，一般从电脑USB接口取电。
BitscopBS-310
此机较BS-50大许多，但同样有专业外型，这里找到两个BNC插座及26线POD插座。
BS-310有别於其他仪器是面板上的开关，用来换接由1MΩ至50Ω的输入阻抗，在上文中也曾解释关於BS-50，但此是经软件执行换接。
两个Bitscope型号的规格皆一样，但除在一些细节上，其中的差异关於储存缓冲区，Bitscope称之为“channelbufferdepth”，在BS-50储存样本有32K（在混合模式中为15K），而BS-310则有128K。
两型号的带宽和取样率均相同。
软件与操作
任何USB示波器实际上看不到有问题，因此Bitscope亦不例外，在是次测试选择中，Bitscope属少数支援Linux的仪器。
安装软件及启动应用该程序後，屏幕上初头显示一幅李沙育图（此是其公司网页上侧旁的图片），这是与众不同之处。
BS-50与BS-310的用户界是绝对相同的。
实际体验
当点击左上角的“Power”按钮时，图形用户界面随之活动起来，见到非常悦目美观的屏幕。
虽然很渴望有auto-setup功能，但始终找不著，实有点可惜。
如果功能是在那儿的话，它就完全被隐藏了，不管在手册或用户界面。
若想全面使用Bitscope已提供的各种功能，手册真的是必需的，顺理成章它不是玩物，除各种不同的取样模式外，它们也提供混合的显示模式。
总结
两型号均集高质素与高效能於一身，加上小巧的外型。
规格上除一些细节外大致相同，因此选择上主要取决於问题是否想要有第二个BNC输入。
除之以外，它俩的表现极为出色，确实适合於专业使用。
BS-50除供应USB缆线外，尚有一组测试引线，供连接POD插座。
BS-310附有更完备的配件，包括测试引线，两支探针、供外接电源的AC配电器及电源线、以及供连接POD的扁平缆线。
Parallax
这台USB示波器确实不能与其馀的测试仪器比较，Parallax是一台低预算、功能有限的示波器，特别为教育及业馀用途而设，价格比其他仪器低许多、机箱设计相当简单。
面板上设有三个插座，供连接AC配电器或充电器，它并没有配备任何探针，取而代之用连夹子的测试引线。
整个套装还包括小型伺服马达、测试电路板及数个电子零件（不过配件欠奉）。
规格很基本，取样率为1MS/s—供单通道操作、或500KS/s—供双通道操作。
带宽仅200KHz、分辨率8bit。
软件
起初安装遇上小小的问题，只因太心急，自以为是，没有好好阅读手册所致，这明显是自己犯错在先，所以，唯有建议大众，无论如何都略为读一读，知道要做些什麽，安装过程才会顺利和容易。
然而，在测试期间发生一个可重复出现的问题，如果在关闭PC仍留下其他东西在连接中，那麽到下次再启动PC时屏幕上便出现所熟识的蓝色视窗错误信息。
解决的方法是断开示波器连线，再启动PC，然後再连接它，可惜的是不有足够的时间在另一台PC上测试它。
实际体验
图形用户界面清晰，不造成任何问题，屏幕底下有数个标签，可点击打开，进行各项设定或测量。
在这里亦无法找到auto-setup。
此外，关於Parallax再没有什麽可报告了。
它显示简单信号很好，可将已测量的信号以影像或数据方式输出。
总结
很明显这是一台教育仪器，通过直接实验学习如何使用示波器，规格上及特色上虽受到一定限制，但事实它在是此次测试当中是最低价的示波器，应得到满足。
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