一、什么是示波器：

示波器，“人”如其名，就是显示波形的机器，它还被誉为“电子工程师的眼睛”。

它的核心功能就是为了把被测信号的实际波形显示在屏幕上，以供工程师查找定位问题或评估系统性能等等。

示波器是显示信号电压（电流、压力、震动等）随着时间变化的仪器。示波器可显示波形形状、并能测量幅度、频率、相位等信息。示波器分为模拟示波器和数字示波器。

(1) 模拟示波器

模拟示波器使用电子枪扫描示波器的屏幕，偏转电压使电子束从上到下均匀扫描，将波形显示到屏幕上，它的优点在于实时显示图像。

模拟示波器原理图

(2) 数字示波器

通俗讲就是，信号进来，经过ADC（模数转换），对信号进行采样，将采样到的数字样点缓存起来，内部信号处理结束后，再通过DAC（数模转化），最终显示到屏幕上。

数字示波器工作原理图

2、如何选择示波器：

和其他测量仪器一样，选择示波器需要遵循其主要性能指标和具体应用需求。示波器的性能指标有很多，一般情况下仅需考虑主要性能指标参数，它们与实际测试应用息息相关。简单来说，示波器的主要性能参数包括：带宽、采样率、存储深度、波形捕获率。

20GHz数字采样示波器

(1) 带宽

带宽是示波器选择的最重要的参数。它指的是当频率提高到某个值，输入信号幅值刚好被衰减3dB 时所对应的频率点。

带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽，示波器将无法测量高频信号，幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将丢失；如果没有足够的带宽，得到的信号所有特性，包含响铃和振鸣等都毫无意义。选择示波器时将要测量的信号最高频率分量乘以5作为示波器的带宽。这将会在测量中获得高于2%的精度。

对于信号完整性测量来说，带宽越高越好，示波器价格越贵。这句话从某种意义上来讲是正确的。

(2) 采样率

示波器系统框图如上图所示，被测信号经过前端放大、衰减和信号调理后进行信号采样和数字量化，信号的数字化和采样是通过高速A/D转换器完成的，示波器的采样率就是对输入信号进行A/D转换时采样时钟的频率。

通俗的讲就是采样间隔，每个采样间隔采集一个采样点。比如1GSa/s的采样率，代表示波器具备每秒钟采集10亿个采样点的能力，此时其采样间隔就是1纳秒。

我们测试信号，当然希望有更多的信息持续地显示在屏幕上。示波器通过ADC将输入端的信号数字化，这些采集点的数据被储存在示波器的存储器中。而存储器深度和采样率及屏幕所持续的时间有关。相关的公式：

采样率 = 存储器深度 / 屏幕显示时间。

这说明，提高显示时间长度的同时，采样率就会降低。只有示波器所具有的存储器深度够深，才可以在高采样率下采集更长时间的波形。

(3) 存储深度

存储深度（Record Length）也称记录长度，它表示示波器可以保存的采样点的个数。存储深度如果为“1000000个采样点”则一般在技术指标中会写作“1Mpts”（这里的pts可以理解为“points”的缩写）。存储深度表现在物理介质上其实是某种存储器的容量，存储器容量的大小也就是存储深度。

示波器采集的样点存入到存储器里面，当存储器保存满了，老的采样点会自动溢出，示波器不断采样得到的新的采样点又会填充进来，就这样周而复始，直到示波器被触发信号“叫停”，每“叫停”一次，示波器就将存储器中保存的这些采样点“搬移”到示波器的屏幕上进行显示，这两次“搬移”之间等待的时间被称为“死区时间”。在示波器测量波形时，有个重要的公式：

存储深度=采样率 × 采样时间

对于数字示波器，其最大存储深度是一定的，但是在实际测试中所使用的存储长度却是可变的。在存储深度一定的情况下，存储速度越快，存储时间就越短，他们之间是一个反比关系。

同时采样率跟时基（timebase）是一个联动的关系，也就是调节时基档位越小采样率越高。存储速度等效于采样率，存储时间等效于采样时间，采样时间由示波器的显示窗口所代表的时间决定。

(4) 波形捕获率

波形捕获率也叫波形捕获率，指的是每秒捕获的波形次数，表示为波形每秒（wfms/s）。

事实上，示波器从采集信号到屏幕上显示波形的过程由若干个捕获周期组成。一个捕获周期由采样时间和死区时间组成。采样时间指的是模拟信号转化为数字信号并存储的过程。死区时间指的是示波器对采样存储回来的数字信号进行测量运算，显示等处理的过程。其中死区时间内示波器不进行采集。

由此可知，死区时间的大小将影响捕获周期的长短进而影响波形捕获率的高低。如下图所示：

从图中可知，波形捕获率更高的示波器，拥有更短的死区时间，也就有着更高的几率捕获到波形中低概率的异常信号。而低捕获率示波器由于死区时间较长，对于低概率的异常信号需要很长的时间才能捕获。这就是有些时候电路明明有故障而示波器上的波形却看似完全正常的原因。可以说，波形捕获率越高越好，越能捕获到异常信号！

三、总结

带宽、采样率、存储深度和波形捕获率作为示波器最重要的指标参数，根据自己系统需求选择示波器，基本总结如下：

带宽：至少是系统最高信号频率的5倍

采样率：至少是带宽的4~5倍及以上

储存深度：越大越好

波形捕获率：越大越好