實時示波器與采樣示波器有何區別？

所有現代示波器都歸類為數字存儲示波器 (DSO)，它們以數字方式對信號進行采樣、存儲和顯示，但實現這一目標的技術因示波器而異。

您可能聽說過實時示波器和采樣示波器這兩個截然不同的類別，它們在特定應用中各有優勢。了解這兩種儀器之間的區別有助于確定哪一種更適合您的用例。

都是示波器，名稱相似，但方法不同

首先，讓我們來理清一些多年來描述這些示波器的術語：

示波器是干什么用的?

示波器（Oscilloscope）是一種電子測量儀器，可以在無干擾的情況下監控輸入信號，隨后以圖形方式采用簡單的電壓與時間格式顯示這些信號。示波器顯示電壓隨時間的變化，也可以進行電流和光的測量，需要探頭或者轉換器。

在電子設備的維修領域中，示波器是一種精密的工具，它能夠用來精準地檢測電路中的故障。通過仔細觀察波形的變化，維修人員能夠準確地判斷出電路是否處于正常的工作狀態。

在電路設計領域，用于驗證電路設計的準確性和有效性。通過仔細觀察波形的形狀和波峰的幅度，設計師能夠精確判斷電路是否滿足既定的設計標準和要求。

在通信領域，示波器可以用來分析和調試各種信號波形。例如，可以用示波器來觀察無線電信號的變化或者找出通信中的故障。

科學研究中，示波器可以用來觀察和記錄各種信號的變化。比如，在物理研究中，可以用示波器來觀察光電效應的波動。

示波器的三大應用場景

示波器應用一：通用信號的調試，波形觀察與基本波形參數測量，電路診斷與異常情況捕獲。用示波器檢測電路，實際上是和用萬用表檢測電路類似，了解電路的大致電壓情況，就能很快根據電壓情況找到問題的所在。知道被測點波形啥樣，進行對照。

示波器應用二：信號的高級分析，串行信號的解碼可以把縱向上承載的內容解碼出來。眼圖是一系列數字信號在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，體現了數字信號整體的特征，從而估計系統優劣程度。

眼圖是一個信號視圖，其中的波形是通過數據速率觸發的。 實時眼通過采集數執行時鐘恢復并將連續的單位間隔疊加（折疊）到一個圖中來完成此操作。 這是一個以色級形式表示的統計信息視圖。眼圖如下：

示波器眼圖

示波器應用三：超寬帶信號的調制域分析，可以把頻譜儀當下變頻器，UWB帶寬500MHz以上甚至到幾個G，用示波器顯示。UWB通信系統中，不需要「正弦載波」作為載體，而是直接發射電磁脈沖，通過調節脈沖的幅度(PAM，脈沖振幅調制）和脈沖的位置(PPM，脈沖位置調制）等方式來傳遞信息

什么是實時示波器？

實時示波器，顧名思義，通過足夠快的采樣率實時數字化輸入，以準確捕獲和顯示輸入信號。顯示屏上的每個數據點都是在前一個數據點之后直接采樣的。這些儀器有時被稱為單次示波器，因為它們能夠通過單次采集捕獲連續信號。這是市場上最常見的示波器類型。

什么是采樣示波器？

采樣示波器（有時也稱為數字通信分析儀或等效時間采樣示波器）使用不同的方法來采樣和顯示信號，在多次掃描過程中，每次觸發數字化單個值，這些掃描過程會“掃描”一個時間窗口。這是通過在每次迭代中添加一個較小的固定延遲來實現的，因此它有另一個類似的名稱：等效時間采樣示波器。但這兩個名稱可能會導致一些混淆：所有數字示波器都以某種方式使用采樣，而一些實時示波器可能包含一種稱為“隨機等效時間采樣”的模式。在是德科技，我們將采樣示波器描述為數字通信分析儀，以突出采樣示波器在表征數據中心和有線電信系統中使用的高速數字信號方面的優勢。

這里有一個類比來幫助理解這兩種示波器之間的區別。假設我們要記錄自行車車輪的旋轉，以一度的增量捕捉車輪的完整旋轉。一種方法是使用幀速率非常高的攝像機——足夠快到可以在一次旋轉的時間段內捕捉 360 幅圖像。使用這種方法，您可以在看到車輪轉動一次后捕捉所有獨特的角度位置。

或者，假設你沒有攝像機，而是一臺每次只能拍攝一張照片的相機。但是，可以對這臺相機進行編程，使其在發出信號后經過一段非常特定的時間后拍攝一張照片。假設每次車輪旋轉 0° 時都會向相機發出信號，你可以對相機進行編程，使其在 1° 時拍攝一張照片。下一次旋轉時，你可以在 2° 處拍攝一張照片，然后是 3°，依此類推。拍攝 360 度圖像后，可以將它們按順序排列在一起，從而創建整個旋轉的動畫。

在這個比喻中，攝像機就像一個實時示波器，而單幀相機就像一個采樣示波器。采樣示波器需要的是一致、重復的信號——就像一個旋轉的輪子——而不是隨機改變速度或方向的輪子。

完整的動畫捕捉可以通過攝像機在單次旋轉過程中實時完成，也可以通過多次旋轉過程中拍攝的多個單幅圖像拼接而成。

實時示波器和采樣示波器之間的主要區別是什么？

兩者都屬于數字存儲示波器 (DSO) 的子類別。實時示波器一次性捕獲信號，而采樣示波器則在信號的多個周期內進行多次采樣，因此采樣率較低，但分辨率可能更高。

實時示波器非常適合捕獲單次事件或間歇性信號，而采樣示波器則擅長分析重復信號，尤其是高帶寬信號。采樣示波器通常包含專用的分析功能，并能提供卓越的時域波形分析精度。

為了準確捕獲信號，實時示波器需要一個采樣率遠高于帶寬的模數轉換器 (ADC)，這在大多數情況下會將典型的垂直分辨率限制在 8 位或 12 位。采樣示波器可在多個周期內捕獲信號，可以使用采樣率較低的 ADC，垂直分辨率最高可達 16 位。

工作原理

采樣示波器可以通過在多個觸發器上收集所需數量的樣本，捕獲高達儀器模擬帶寬的信號，而無需考慮采樣率。收集到的樣本可用于重建捕獲的波形。實時示波器無需重建信號，因為它們可以實時且一次性捕獲整個信號（圖 1）。

圖 波形重建的實時采樣（上）與等效時間采樣（下）的比較 

查看波形

實時示波器使用獨立于信號且速度更快的內部采樣時鐘，使其能夠評估輸入信號本身以確定何時開始采集。這提供了更大的調試靈活性，因為觸發可以基于任意標準，例如電壓電平或模式。這還允許收集預觸發樣本，從而深入了解偶發事件前后的行為。

實時示波器使用內部采樣時鐘，并存儲觸發信號前后采樣的數據。

采樣示波器的采樣與數據同步，需要顯式或恢復的時鐘信號。顯式時鐘與數據信號（例如 I2C 總線上的 SCL 信號）一起提供，并且與數據信號分開。或者，可以通過稱為時鐘恢復的過程從數據信號本身獲取時鐘信號，該過程由單獨的設備或采樣示波器內的子系統執行。

為了捕獲波形，采樣示波器需要一個重復的碼型，因為采集需要多次循環。源自時鐘信號的碼型觸發器提供一個觸發點，在此觸發點之后進行采樣。每次碼型觸發器都會在距離碼型觸發器稍遠的采樣點處進行新的采樣，并進行迭代。然后，采樣示波器使用采集到的樣本重建波形。

通過多次掃描并逐步延遲采樣時間，可以在采樣示波器上查看重復波形。

創建眼圖

眼圖是評估高速電氣和光纖總線信號完整性的關鍵工具。實時示波器可以通過多步驟過程創建稱為“實時眼圖”的眼圖：

示波器對記錄進行足夠長的采樣，以捕獲每個可能的符號轉換的多個實例。

每個符號的邊界可以通過使用外部提供的時鐘或通過時鐘數據恢復來確定。

示波器將捕獲的轉換疊加在一起，以直觀地表示總線轉換，并深入了解發送器提供接收器能夠準確解讀信號的能力。

實時示波器可以創建“實時眼圖”，從而洞察總線特性，例如噪聲和抖動。

與波形捕獲類似，在采樣示波器上創建眼圖也采用多通道采樣方法——但眼圖并非使用碼型觸發，而是使用時鐘信號（顯式或恢復式）作為觸發信號。每次時鐘觸發后，都會在特定延遲后進行采樣，該延遲會隨著每次迭代逐漸增加。對每個采樣點重復此過程多次，以構建視覺眼圖。

采樣示波器可以通過在特定周期內的多個點進行采樣來創建眼圖，從而捕獲所有符號轉換的組合。

帶寬和分辨率

實時示波器和采樣示波器的帶寬均高達 100 GHz 以上，可用于最新的高速數字應用。由于采樣示波器能夠在多個周期內進行采樣，因此可以使用采樣率較低且垂直分辨率較高的 ADC，通常高達 14 位。另一方面，實時示波器需要采樣率遠高于指定帶寬的 ADC 才能實時精確捕獲信號，因此需要在垂直分辨率上做出妥協。

模塊化和接口

實時示波器通常具有 4 到 8 個永久安裝的電子輸入通道。相反，采樣示波器可以組合使用電通道、光通道和 TDR 通道。是德科技提供具有不同組合配置的 DCA-M 獨立迷你 DCA，以及具有各種插件模塊的 DCA-X 寬帶寬采樣示波器平臺，可執行精密的光、電和時域反射/傳輸 (TDR/TDT) 測量。