一、模拟和数字，各有千秋

　　廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具，带宽100MHz的同步示波器开发成功，这是近代示波器的基础。五十年代半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到100MHz。六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz的取样示波器、带宽6GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。模拟示波器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器，英国和法国甚至退出示波器市场，技术以美国领先，中低档产品由日本生产。

　　模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和超前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器的确从前台退到后台。

　　但是模拟示波器的某些特点，却是数字示波器所不具备的：

　　操作简单——全部操作都在面板上，波形反应及时，数字示波器往往要较长处理时间。
　　垂直分辨率高——连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至10位。
　　数据更新快——每秒捕捉几十万波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。
　　实时带宽和实时显示——连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。

　　简而言之，模拟示波器为工程技术人员提供眼见为实的波形，在规定的带宽内可非常放心进行测试。人类五官中眼睛视觉十分灵敏，屏幕波形瞬间反映至大脑作出判断，微细变化都可感知。因此，模拟示波器深受使用者的欢迎。

二、数字示波器独领风骚

　　八十年代的数字示波器处在转型阶段，还有不少地方要改进，美国的TEK公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。它们后来甚至停产模拟示波器，并且只生产性能好的数字示波器。进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1GHz以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用。

　　数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从100%降低至3%甚至1%。带宽1GHz的取样率就是5GHz，甚至10GHz。

　　其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同的水平，最高可达每秒40万个波形，对观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲就方便多了。

　　再次，采用多处理器加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节，甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。

　　最后，数字示波器与模拟示波器一样具有屏幕的余辉方式显示，赋于波形的三维状态，即显示出信号的幅值、时间以及幅值在时间上的分布。具有这种功能的数字示波器称为数字荧光示波器或数字余辉示波器。

三、数字示波器要有模拟功能

　　模拟示波器用阴极射线示波管显示波形，示波管的带宽与模拟示波器的相同，亦即示波管内的电子运动速度与信号频率成正比，信号频率越高电子速度越快，示波管屏幕的亮度与

　　电子束的速度成反比，低频波形的高度高，高频波形的高度低。利用荧光屏的亮度或灰度容易获得信号的第三维信息，如用屏幕垂直轴表示幅度，水平轴表示时间，则屏幕亮度可表示信号幅度随时间分布的变化。这种与时间有关的荧光余辉（灰度定标）效应对观察混合波形和偶发波形十分有效。模拟存储示波器就是这种专用示波器的代表产品，最高的性能达到800MHz带宽，可记录到1ns左右的快速瞬变偶发事件。

　　数字示波器缺少余辉显示功能，因为它是数字处理，只有两个状态，非高即低，原则上波形也是“有”和“无”两个显示。为达到模拟示波器那样的多层次亮度变化，必需采用专用图像处理芯片，例如TEK公司采用DPX型处理器芯片，具有数据采集、图像处理和存储等多项功能，DPX芯片由130万个晶体管组成，采用0.65um的CMOS工艺，并行流水结构，取样率2GS/s。它既是数据采集芯片，同时也是光栅扫描器，模拟示波管屏幕荧光体的发光特性，用16级亮度分级，将波形存储在500*200像素的LCD单色或彩色显示屏上，每0.33秒更新一次。由于模拟存储示波器只能依靠照相底片记录波形，对数据保存并不十分方便。例如用红色表示出现机率最高的波形，兰色表示出现机率最低的波形，达到一目了然。由于数字示波器已经达到1GHz带宽的水平，配合荧光显示特性，总的性能优于模拟存储示波器。

四、数字荧光示器

　　去年著名电子示波器制造商TEK公司首先推出数字荧光示波器两种系列TDS500（单色）和TDS700（彩色），具有500MHz-2GHz带宽，取样率最高2GHz，最多4通道输入，属于中高档数字示波器，价位在10,000美元以上。今年生产一种TDS3000系列数字荧光示波器，起价只3,000美元，带宽500MHz ,取样率最高5GS/s，受到用户的欢迎。另一家专门生产数字示波器的LeCroy公司，今年也推出一种数字余辉示波器，名称虽有别于数字荧光示波器，它们的功能实际上是相同的。Waverunner系列的带宽500MHz，取样率500MS/s，最多4通道输入，起价5,999美元。
以下较详细介绍这两种系列数字示波器的特点:

　　普通数字示波器要观察偶发事件需要使用长时间记录，然后作信号处理，这种办法会漏掉非周期性出现的信号和不能显示信号的动态特性。数字荧光示波器能够显示复杂波形中的微细差别，以及出现的频繁程度。例如观察电视信号，既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号，还要记录电视信号中的异常现象，对于专业人员和维修人员都是同样重要的。

　　TEK公司的TDS3000数字荧光示波器提供多种测试模块，可以从前面板右上角插入四种模块。例如触发模块可作逻辑状态、逻辑图形触发，以及脉冲参数（上升、下降边，宽度、周期等）；电视模块专用于多种制式的（NTCS、PAL和SECAM）波形记录；快速傅里叶变换（FFT）模块可快速显示信号的频率成分和频谱分布，既可分析脉冲响应，亦可分析谐波分布，并且识别和定位噪声和干扰来源。 TDS3000系列示波器是便携式的，重量不到7磅，可由电池供电，特别适于现场使用。

　　LeCroy公司的Waverunner系列数字余辉示波器的余辉时间常数是可以改变的，因此在使用上与模拟存储示波器非常相似。它的抖动和定时分析（JTA）软件包可对屏幕显示的信号作定量分析，例如，经过数字处理后可在脉冲抖动的波形下面划出亮线，亮线长度表示抖动范围，最亮部分表示最常出现的抖动区。积累波形数目达10万个，结果可绘制成直方图。

　　Waverunner示波器还有两种测试用软件包：数字和测量软件包，波形分析软件包。前者可自动测量和分析40种常用参数（如脉冲上升、下降时间，最大、最小值，偏差值等），预测某种参数的趋势（如测量IC的传输延时的变动范围）。后者包括FFT分析，最多可达10(6)点的记录长度；高分辨率方式；包络方式；模板测试；合格/不合格测试等。各种测试结果均利用彩色显示器的不同颜色不同亮度表示结果，真正让使用者的视觉获得迅速的反应，充分发挥余辉灰度的三维效应。

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ET521 自动视波存储仪表研发纪实

　　自伊万科技提出视波表的概念后，得到众多用户的认同，从全国四面八方反馈信息看，希望尽快开发出20M带宽的满足视频测试的需要。那么在进行视频测试时，需要那些功能呢？为此市场部门专门进行用户调查，将用户分为：家电维修、视频调试、电路检测、实验教学、现场检修等各个方面。从中了解不管那个行业，都会面临现场检测时所带测试仪表功能不全的尴尬境地。一块万用表无法检测复杂故障的辅助诊断，要带一台示波器是很不现实的。这就要求我们研发的带视波功能的综合检测仪表，必须具备体积小巧，便于携带。功能齐全，安全可靠。价格低廉，易于普及。操作简便，一看就会。这些要求看似简单，实现起来困难重重，单说实现20M带宽，要做到100M以上采样速率，必须选用高速A/D；高速的CPU和用于高速信号处理的专用FPGA。有些同类产品在宣传上，采用以采样速率20M~40M与20M~40M带宽相混淆的手法蒙骗用户。
　　伊万开发部门在无任何参考资料，样机的情况下，急用户所急，不拷贝任何同类产品，完全根据用户需求，开发具有伊万特色，低价实用的自动视波综合检测仪。
　　在功能设计上，考虑选用6600码自动量程万用表专用芯片；交直流电压范围从600mV～1kV；电流60mA～200mA；在万用表测量过程中，一键转换可以看到被测信号的波形，用于高电压，较低频率的观测。具有LCR电桥功能；电容最大为60000μF，电阻从0.1欧到40M欧，电感采用外接附件方式，便于缩短测试连线，减少引线电感。同时检测晶振的起振频率；频率计功能实现等精度测量，最高可达60MHz。
　　在视波显示上，采用100M采样速率ASIC，保证测试带宽达到20M以上。ET521最主要的突破在于；被测波形的捕捉是完全自动，不像传统示波器（表）那样用垂直开关改变幅值，用扫描开关改变时基，选择触发方式等等繁琐程序，连接信号后，轻按AUTO键，被测波形以最易观察幅度及个数显示出来。实现了全自动波形捕捉。连没用过示波器的人，不用看产品说明书就可以使用。是以前传统产品所不具备的。
　　液晶显示器为320X240，屏幕画面显示的波形清晰，细致。开机直接进入常规测量状态，不需要每次先进入菜单选择再进入测量状态的麻烦。
　　本机设置视频复合信号检测和单次触发捕捉功能，对于观测电视机接收的视频同步波形和单次信号，十分方便。
　　为了便于携带，在供电设计上，以配带充电电池组为主，可以随机充电，不影响整机工作，智能化充电管理，自动识别内部电池或外接充电方式，对充电电池进行监控，保证充电的安全。在紧急情况下还可以采用5号电池临时使用，当有外接电源时，自动断开内部替代电池，以免发生误充电的危险。
　　从价格定位上，ET521力争降到2000元以下，而同类产品出厂价格都在2000元以上，零售价甚至到3000元～ 4000元。下半年投放市场后，希望能够带给经销商及用户一个惊喜，同时填补国内市场的空白，标志着自动视波存储仪表时代的到来！

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第三代万用表——“视波表”的设计原理与功能

　　万用表从指针到数字显示历经半个多世纪的发展，已经成为电工，电子必不可少的测量工具。 随着工业和科技进步，现在的测试环境发生了翻天覆地的变化，交流变频调速，开关电源，电子控制器的广泛应用，数据网络的形成无疑都对测试提出更高的要求。指针和数字万用表只能提供测量结果与数据，无法直观区别信号和噪声的瞬间特性，无法显示在电路中非正弦信号的动态及干扰信号的严重程度，就无法对引起故障的根本原因作出分析。过去为了解决这个问题，不得不搬用昂贵而笨重的示波器出场，但对许多现场测试是不现实的。
　　“视波表”故名思意，就是看到波形的表，视波表的波形再现与传统示波器有着根本的不同；示波器主要用来进行波形分析和波形记录，注重频率响应宽范围，其测量精度以dB为单位，准确性比较低，操作相对要繁杂许多；而视波表强调测量功能的准确性，波形再现仅是现场故障诊断的辅助手段，所有测量参数都以数码形式显示出来，结果更直观。
　　电子电路的成熟和大规模集成电路的出现，为万用表能够看到被测信号的波形提供了可行的条件。下面就VC301真有效值数显视波表和ET521A现场故障自动视波表的设计原理与功能介绍如下：
　　大家知道，数字万用表是采用采样速率2～3次/秒的双积分式A/D，其优点是，测量分辨率高，抗干扰能
力强，成本低廉，外围电路简单成熟。缺点是不能采集波形。而高速多路A/D芯片和双积分A/D共同组成视波万用表电路，一方面改善传统数字万用表采样速率较低的不足，同时将被测信号的波形也通过高速A/D取样，送到CPU进行处理，最后将测试结果以数码方式显示和波形再现出来。

　　　　　　　　　　　
　　以VC301为例，输入电路采用并联分压方式，从300mV到600V量程分别在各自的分压电阻上并联不同的补偿电容。以使被测信号能够展宽到20kHz。 其它功能转换电路如真有效值测量，电阻测量，温度测量，电容测量等同传统数字万用表一样，在此不再重复。被测信号经功能转换电路后，一路送双积分A/D 转为数字信号给CPU处理，显示测量数据；另一路经缓冲 电平转换电路送采样速率44kSa/S的高速A/D，高速A/D 对被测信号波形进行一个周期内超过20个点的采样，经CPU运算还原出被测波形的形状，由128X64的LCD显示出来。
　　VC301采用ES7真有效值转换器，使得非正弦波信号测量得以实现，加上20kHz模拟带宽电路，在音频范围 内，可以进行准确的测量；在观测波形方面，由于高速A/D采样速率的限制，只能观察到约2kHz以内的信号波形。适合工频范围内如变频电源，可控硅整流电路及机电设备控制电路的检测。VC301还有一个主要特点；在测量过程中，每次按下“HOLD”键，测量结果将被存储下来，内部存储器可以保留100组数据，实现了现场无纸记录。
　　由于“视波表”可以根据用户使用的测量范围设计不同带宽及不同功能，使之以最低的成本，发挥最大的测试潜力。ET521A是针对家电维修人员而设计的便携式综合检测自动视波表。开创了现场故障诊断系列产品之先河。家电维修大多数是上门服务，要求检测仪器功能要齐，体积要小，价格要低。ET521A完全满足了上述要求；集100MSa/S采样速率，25MHz通道带宽的数字存储自动示波表；数字LCR电桥，宽范围60000μF超级电容测量，10μH～1H/300Hz～156kHz高频电感自动量程测试，大于60M电阻量程；6600码自动量程数字万用表，同时可以检测到2kV/20kHz的行频高压波形；还有正弦波信号发生器，数字频率计及晶振和遥控器检测等功能。
　　ET521A在设计上充分考虑功能的实用性，自动量程的数字万用表芯片和由FPGA/100MSa/S组成的高速A/D采样电路，以及双核CPU控制，使面板等低速管理和FPGA 高速器件分别用不同CPU控制，使资源优化最合理。为了用最少的按键选择实现被测信号波形实时再现。在经高速A/D采样后数字处理时，设计一个自适应波形再现的数据处理程序；当被测交流信号经连续10：1分压后，已经变为mV信号，此信号大了容易使显示的波形超出LCD可视范围，信号太小不容易观测。如果增加可变增益放大器等附加电路，增加整机成本和设计的复杂性。自适应计算就是测量被测信号时，将其幅值和频率测到，通过改变数字信号使送显到LCD的代码，将波形再现的高度和波形个数控制在容易观测的屏幕范围内。显示波形幅值大小与被测信号无比例关系，只是观测的方便。要想了解测试参数，将选择到数码显示方式，其测量结果一目了然。用户在使用过程中，不需要繁琐的操作，只要按下“AUTO”自动键，被测波形自动捕捉，由320X240点阵式LCD 显示出来。
　　为了现场家电维修更方便的检测，ET521A在出厂前存储部分彩电关键点波形图，当维修人员在检测时，可以调出典型图与被测波形同屏比较，这就是ET521A独有的对比功能。
　　在此平台上，可以针对不同行业绩用户群体，设计出不同需要的现场故障诊断仪器，如增加高频测试和手机电源高速采样功能，方便手机故障检测，增加汽车故障码读出，可以方便各类汽车维修。显而易见“视波表”的出现，打破通用测量的概念，方便了现场故障诊断，使更多人使用上就是针对他们需要而设计的实用的测试工具。

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ET521A 数字存储自动示波表功能设计

　　数字存储示波表是在数字存储示波器基础上，发展起来一种体积小巧，便于携带的手持式“示波器”。它的出现给现场故障诊断提供一个实用的工具， 市场需求也使示波表技术日趋成熟。 但是应该看到，目前市场上销售的多个品牌的示波表， 基本都延续了传统模拟示波器的设计理念。在观察整个被测信号波形的过程中，往往通过调节垂直衰减开关，调整波形的幅度；调节水平开关，调整扫描速度，观看显示波形的个数。还要设定和调节触发方式，对被测信号进行同步，以得到稳定的波形显示。 最后通过读取所有开关位置和数屏幕“格子”方式，得到被测波形相关数据。在数字存储示波器出现后，为了满足使用者的习惯，继续沿用传统的面板设计框架，遗憾的是，数字存储示波表由于与数字存储示波器“出身”相同，繁杂的按键及旋钮设计，使更多没有使用过示波器的人“知难而退”。

    为用户而设计，是现代企业必须遵循的理念。先进的产品在设计初始，搞明白为谁设计，用户有哪些功能需要。ET521A是针对电器维修现场故障检测专门设计的产品，就要充分考虑电器维修行业需求；首先，要能够观测波形，这是存储示波表的基本功能，ET521A采用100Msa/S高速采样A/D，模拟带宽达到25MHz，基本满足所有电器波形的检测。考虑现场故障检测过程中，80%以上的使用者，重在观测被测信号波形的正常与否，很少去做波形定量分析。所以取消繁琐的调节环节，只要按自动键，通过自适应软件计算，屏幕上自动显示被测波形，同时数据读出频率，有效值及峰峰值。为了便于观测，旋转编码开关，还可以改变LCD屏幕上显示波形的个数。其二，增加了波形对比功能，产品出厂时，可以预先存储典型彩电各个工作点波形图，也可以用户自己存储参考图形，以方便在现场检测时与之同屏比较，从而判断故障点所在。其三，设计了简便的中文菜单提示和自动帮助功能。力争做到凡是没有使用过示波表（器）的人，不看使用说明书也能方便操作，当使用遇到障碍时，有自动提示帮助，说到底，实际上相当一个“傻瓜”照相机，只不过更智能化了。
    ET521A还有一个与众不同的设计是；在自动量程万用表状态，通过DIS键转换可以看到被测波形。大家知道，示波器（表）对被测信号幅值是有要求的，在1：1探头情况下，一般不会超过30V。而相当多的电器都会有高压存在，比如彩电中有些行频高压会超过1000V，高压波形的检测是个难题。ET521A设计在自动量程万用表状态，可以满20kHz,2000V以内的测量和波形再现，扩展了检测范围。这个功能的设置，是伊万科技实用新型专利所在，也就是我们常讲的“视波表”功能。它与数字存储示波表通道是截然不同的工作方式，是采用另一个采样速率为440ksa/s的A/D，通过电平转换与万用表自动量程电路连接，送CPU进行显示处理。这样用户在使用万用表功能过程中，可以随时观测到被测信号的波形。由于万用表是高输入阻抗，一般为10MΩ，不会对被测电路产生影响。而且成熟的保护措施，也不会造成对仪表的损坏。
    ET521A另一个成功的设计是数字电桥。在现场故障维修中元器件的损坏几率很高，LCR的测量显得十分必要。在以前万用表功能设置上，电阻测量一般为20MΩ，电容测量为200μF,ET521A则将电阻量程上限扩展到60MΩ，电容达到66000μF.分辨力为0.1Ω/1pF。完全覆盖所有电器检修中常遇到的阻容参数测量。而电感测量一直是万用表功能设置上一个空白，传统数字万用表往往采用400Hz交流信号，通过与标准电阻和被测电感形成感抗分压得方式，来指示电感量，这时电感内阻大小对测量结果带来相当大的影响，测量小电感时，有时达到300%以上，基本失去参考的意义。ET521A的电感测量功能，可以说费煞心思，首先为了保障小电感测量准确性，提高了测试频率达156kHz,为了实现自动量程转换，选取了从300Hz~156kHz十几个频率点，根据被测电感的范围，自动跟踪频率的改变。尤其采用高频测量对小电感合适，但对宽范围整流电路提出更高的要求。用户的需要，是我们坚持难中取胜的精神支柱。总之，我们做到了电感测量范围从1μH~1H自动转换量程，分辨力可以达到0.01μH。
    ET521A其它功能设计；从10Hz~156kHz正弦波信号发生器，在示波器工作状态下，可以输出正弦波信号，调节编码开关，迅速改变输出频率，也可以锁定一个频率点，通过Q9插座连接被测电路。这时示波器功能可以同时观测被测电路输出端的信号，为完整测量音频电路提供了方便。还可以设定输出方波信号，并将此信号加在被测的彩电行输出变压器上，通过示波器功能观察该变压器振铃特性，从而对行输出变压器有否匝间短路做出判断。当然也可以运用此功能对复杂控制电路故障做出诊断。
    为了现场故障检修的需要，增加了晶振检测和遥控器检测，虽然电路不复杂，但要的是方便。晶振测量显示起振频率。从几十k到100MHz，通过附件连接。遥控器无论何种型号，只要载频38kHz则自动解码，以蜂鸣形式表示有否发射。
    液晶采用320X240点阵，图像细腻，加上白色高强度背光，在不同环境中都可以清楚观看尺寸为77X58mm的LCD屏幕显示。整机尺寸是；205mmX138mmX54mm 重量850g。有些设计充分体现了为使用者考虑的精细；比如外壳底面采用二次注塑，即手感舒适又防滑，里面暗藏备用保险管；外壳侧面装有提带，即可提又可作为单手操作防跌落护带。液晶显示器外面透明防护境，采用加硬工艺处理，防止携带或使用中镜面磨花。
    ET521A采用7.2V充电电池组,连续工作可以10个小时.配有12V开关电源。当外接电源接通时，专用CPU自动监测内部电池组的工作状态。即便总电源没有打开，充电电路已经工作。如果电池已充满；或电池已失效，或外接电源与主机不匹配等都会以不同发光二极管颜色及发光频率做出提示与保护。
    最后讲下ET521A附件的功能设计。ET521A作为电器现场故障专用综合检测仪，可以用在所有工频，音频，视频及工业控制领域。不同的行业对附件要求不近相同。家电维修需要彩色信号发生器，场强仪。电脑维修需要彩显信号发生器；手机维修需要高频频率计，高速电流记录仪。音响调试需要扫频仪等等。目前正在设计有ET521-1彩色信号和2.4G频率计附件;彩色信号有8种图形视频输出,分别为三彩条,七彩条,红场,蓝场,绿色,黑场,灰场,十字.有6.5M调频伴音输出,一路射频输出。频率计附件从40M~2.4GHz，灵敏度为30mV。
    ET521-2是彩色信号和彩显信号合在一起，方便修彩电和修彩显需要。彩色信号同ET521-1。彩显信号有二种；800×600和1024×768（分辨率），其中800×600分辨率有白场、红场、绿场、蓝场、黑场、标准彩条、场彩条、彩块，白+三基色彩条（白、红、绿、蓝）、补色（黑、青、紫、黄）、白线黑底十字中心线、黑线白底十字中心线、方格、黑线方格14种图形，而1024×768有白场、红场、绿场、蓝场、黑场、标准彩条、场彩条、彩块，白+三基色彩条（白、红、绿、蓝）、补色（黑、青、紫、黄）、白线黑底十字中心线、黑线白底十字中心线、方格、黑线方格、五黑块、五白块16种图形，图形的水平线与垂直线的宽度极窄，边框及中心定位十分准确，可达一个像素。该附件体积很小，方便携带。可以独立使用，是彩显专业生产厂家、电脑商场和家电维修行业必备的仪器。其它附件则根据用户需求不断研发中。
    总之一台ET521A功能包括了25M数字存储自动示波表；全自动量程LCR数字电桥；60M自动量程数字频率计（外接附件可到2400M）；6600码自动量程数字万用表；至156kHz的正弦波信号发生器；具有晶振和遥控器检测；行输出变压器匝间短路测试；成为市场上独一无二的手持式综合检测仪。适用于各种电器检修及现场故障诊断场合。

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