泰克的511模擬實(shí)時(shí)示波器，標(biāo)志著商用示波器時(shí)代的到來。511之前也有一些“示波器”產(chǎn)品，但是由于其沒有觸發(fā)系統(tǒng)和校準(zhǔn)的時(shí)基、垂直刻度，不能提供穩(wěn)定的顯示波形，也不能進(jìn)行定量測試，所以只是一種定性觀測的工具。511首次在“示波器”這種測試設(shè)備中加入了邊沿觸發(fā)以顯示穩(wěn)定波形、使用校準(zhǔn)的時(shí)基和垂直放大器以提供定量測試能力，大大增加了適用性。這樣，商用示波器誕生了。

模擬實(shí)時(shí)示波器發(fā)展到現(xiàn)在，基本結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，下圖是一個(gè)基本的結(jié)構(gòu)框圖：

模擬實(shí)時(shí)示波器機(jī)構(gòu)簡單，沒有信號的數(shù)字化、處理等過程。ART的所有信號調(diào)理、放大和顯示都由模擬器件完成，所以從信號進(jìn)入放大器(或探頭)到最后在CRT上顯示，幾乎是實(shí)時(shí)(延遲時(shí)間幾乎可以忽略)的。

但是，模擬示波器也有死區(qū)時(shí)間，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的信號是不能顯示在屏幕上的。這個(gè)死區(qū)時(shí)間來自于觸發(fā)系統(tǒng)的“觸發(fā)抑止(hold off)”和等待觸發(fā)的時(shí)間。所以，模擬示波器也不是能100%地捕獲信號。不同型號的模擬實(shí)時(shí)示波器，最大波形捕獲概率大約從30%～70%不等，掃描速度最快可達(dá)50萬次/秒。這是一個(gè)非常好的指標(biāo)。

再來看模擬示波器顯示的方式――CRT陰極射線管。電子束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)，再轟擊顯示屏上的熒光物質(zhì)發(fā)光形成波形軌跡。當(dāng)電子束停止轟擊后，亮點(diǎn)不會(huì)立即消失而要保留一段余輝時(shí)間。余輝時(shí)間10μs―1ms為短余輝，1ms―0.1s為中余輝，0.1s-1s為長余輝，大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。在余輝效應(yīng)的作用下，波形軌跡上每一點(diǎn)的亮度，和被轟擊的次數(shù)(頻度)成正比關(guān)系。因此，模擬實(shí)時(shí)示波器顯示的波形，不僅有時(shí)間和幅度的信息，還能以亮度等級表示信號出現(xiàn)概率的信息，非常有利于觀測。

但是在另一方面，熒光物質(zhì)發(fā)光的這一特性也帶來了一個(gè)問題：轟擊次數(shù)過少的軌跡的亮度會(huì)很低，甚至根本無法觀測到。所以模擬示波器比較適合于重復(fù)信號(如連續(xù)正弦波)或者有重復(fù)特性的信號(如模擬視頻信號)。而對單次信號(如單個(gè)脈沖或偶發(fā)故障)的觀測能力非常有限。

總結(jié)起來，模擬實(shí)時(shí)示波器有以下幾點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)、波形捕獲概率高、直觀的三維(時(shí)間、幅度和信號出現(xiàn)概率)顯示方式。缺點(diǎn)主要在于：無法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、分析能力有限、對低概率事件捕獲能力不足、觸發(fā)簡單、預(yù)觸發(fā)延時(shí)不足和帶寬提升困難(從前端放大器到CRT必須同時(shí)提升)等。隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)的興起和越來越多的單次信號測量需求，模擬示波器這些缺點(diǎn)使其漸漸不再能滿足測試需求，所以從上世紀(jì)80年代開始，主流的示波器廠家均漸漸轉(zhuǎn)向數(shù)字示波器的研發(fā)和生產(chǎn)。

泰克的511模擬實(shí)時(shí)示波器，標(biāo)志著商用示波器時(shí)代的到來。511之前也有一些“示波器”產(chǎn)品，但是由于其沒有觸發(fā)系統(tǒng)和校準(zhǔn)的時(shí)基、垂直刻度，不能提供穩(wěn)定的顯示波形，也不能進(jìn)行定量測試，所以只是一種定性觀測的工具。511首次在“示波器”這種測試設(shè)備中加入了邊沿觸發(fā)以顯示穩(wěn)定波形、使用校準(zhǔn)的時(shí)基和垂直放大器以提供定量測試能力，大大增加了適用性。這樣，商用示波器誕生了。

模擬實(shí)時(shí)示波器發(fā)展到現(xiàn)在，基本結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，下圖是一個(gè)基本的結(jié)構(gòu)框圖：

模擬實(shí)時(shí)示波器機(jī)構(gòu)簡單，沒有信號的數(shù)字化、處理等過程。ART的所有信號調(diào)理、放大和顯示都由模擬器件完成，所以從信號進(jìn)入放大器(或探頭)到最后在CRT上顯示，幾乎是實(shí)時(shí)(延遲時(shí)間幾乎可以忽略)的。

但是，模擬示波器也有死區(qū)時(shí)間，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的信號是不能顯示在屏幕上的。這個(gè)死區(qū)時(shí)間來自于觸發(fā)系統(tǒng)的“觸發(fā)抑止(hold off)”和等待觸發(fā)的時(shí)間。所以，模擬示波器也不是能100%地捕獲信號。不同型號的模擬實(shí)時(shí)示波器，最大波形捕獲概率大約從30%～70%不等，掃描速度最快可達(dá)50萬次/秒。這是一個(gè)非常好的指標(biāo)。

再來看模擬示波器顯示的方式——CRT陰極射線管。電子束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)，再轟擊顯示屏上的熒光物質(zhì)發(fā)光形成波形軌跡。當(dāng)電子束停止轟擊后，亮點(diǎn)不會(huì)立即消失而要保留一段余輝時(shí)間。余輝時(shí)間10μs—1ms為短余輝，1ms—0.1s為中余輝，0.1s-1s為長余輝，大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。在余輝效應(yīng)的作用下，波形軌跡上每一點(diǎn)的亮度，和被轟擊的次數(shù)(頻度)成正比關(guān)系。因此，模擬實(shí)時(shí)示波器顯示的波形，不僅有時(shí)間和幅度的信息，還能以亮度等級表示信號出現(xiàn)概率的信息，非常有利于觀測。

但是在另一方面，熒光物質(zhì)發(fā)光的這一特性也帶來了一個(gè)問題：轟擊次數(shù)過少的軌跡的亮度會(huì)很低，甚至根本無法觀測到。所以模擬示波器比較適合于重復(fù)信號(如連續(xù)正弦波)或者有重復(fù)特性的信號(如模擬視頻信號)。而對單次信號(如單個(gè)脈沖或偶發(fā)故障)的觀測能力非常有限。

總結(jié)起來，模擬實(shí)時(shí)示波器有以下幾點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)、波形捕獲概率高、直觀的三維(時(shí)間、幅度和信號出現(xiàn)概率)顯示方式。缺點(diǎn)主要在于：無法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、分析能力有限、對低概率事件捕獲能力不足、觸發(fā)簡單、預(yù)觸發(fā)延時(shí)不足和帶寬提升困難(從前端放大器到CRT必須同時(shí)提升)等。隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)的興起和越來越多的單次信號測量需求，模擬示波器這些缺點(diǎn)使其漸漸不再能滿足測試需求，所以從上世紀(jì)80年代開始，主流的示波器廠家均漸漸轉(zhuǎn)向數(shù)字示波器的研發(fā)和生產(chǎn)。

第一代數(shù)字示波器現(xiàn)在被稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)，使用串行的工作結(jié)構(gòu)。原理框圖如下：

數(shù)字存儲(chǔ)示波器使用了ADC采樣的方式，所以被測的模擬波形最終可以以數(shù)據(jù)的格式存儲(chǔ)。當(dāng)然，數(shù)字化的數(shù)據(jù)還可以方便地進(jìn)行自動(dòng)測量、頻譜分析、數(shù)學(xué)計(jì)算或者其它高級分析。所以數(shù)字示波器特別適于單次信號的采集和分析，這是一個(gè)很大的突破。

另外一方面，數(shù)字存儲(chǔ)示波器在ADC以后就是全數(shù)字化處理，所以帶寬的提升僅受限于可變增益的前置放大器帶寬和ADC的速率。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在，泰克TDS6154C是業(yè)界真實(shí)模擬代寬最高的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，達(dá)到12.5GHz(3dB)。由于超高高帶寬示波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，寬帶放大器是其中的核心部分，目前的主流設(shè)計(jì)都采用每一個(gè)通道獨(dú)立的硬件放大器設(shè)計(jì)方法，這樣保證每一個(gè)通道的性能沒有限制。當(dāng)每一個(gè)通道放大器的設(shè)計(jì)帶寬不足時(shí)，有些示波器通過DBI技術(shù)利用示波器每一個(gè)通道6GHZ的低帶寬放大器在不同的頻段“拼接”在一起，在某一個(gè)通道上達(dá)到超過6GHZ的帶寬，例如3個(gè)通道的6GHZ頻段“拼接”后達(dá)到18GHZ帶寬。從DBI技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法可以明顯看出它的優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)的缺陷，最明顯的優(yōu)勢是利用多通道的低帶寬合并為單通道超過10GHZ的高帶寬，在示波器設(shè)計(jì)中成本最高的放大器和ADC均采用低速設(shè)計(jì)，非常有利于控制成本。由于DBI技術(shù)本質(zhì)上首先經(jīng)過將信號頻率分配到不同的通道，通過相對低速的ADC進(jìn)行采樣，最后通過DSP技術(shù)將這些包含不同分量的頻率數(shù)字“拼接”，它會(huì)導(dǎo)致以下幾個(gè)限制。

1. 通道數(shù)限制：當(dāng)使用不同通道時(shí)帶寬不同，3通道或4通道使用時(shí)僅僅提供6GHZ帶寬，ADC采樣率也有限制。

2. 頻譜“拼接”錯(cuò)誤：從幅頻特性圖可以看出，每一個(gè)頻率“拼接”點(diǎn)都有明顯的非線性，當(dāng)被測信號的頻譜分量在該區(qū)域時(shí)，示波器時(shí)域顯示的波形會(huì)出現(xiàn)波形失真。

3. 波形捕獲率低： 由于DBI技術(shù)需要軟件處理和“拼接”數(shù)字頻域的波形，數(shù)據(jù)量比較大時(shí)波形處理和顯示速度非常低。

4. 功能限制：當(dāng)DBI打開時(shí)，雖然單通道帶寬和ADC提升，但是觸發(fā)系統(tǒng)的帶寬無法通過DBI技術(shù)提升，最大僅為800MHZ，另外示波器的外參考輸入，垂直靈敏度的精細(xì)調(diào)整等功能都會(huì)由于DBI打開而受限。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器在觸發(fā)系統(tǒng)上也有很大的進(jìn)步。從結(jié)構(gòu)框圖上可以看到，數(shù)字示波器的觸發(fā)系統(tǒng)是完全獨(dú)立的一個(gè)以模擬電路為主的電路。高性能的觸發(fā)系統(tǒng)好比是照相機(jī)的快門，可以幫助測試人員準(zhǔn)確定位信號行為。針對各種特殊信號的特點(diǎn)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器可配備毛刺觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、過渡時(shí)間、通訊觸發(fā)、串行觸發(fā)、窗口觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、碼型出發(fā)和總線觸發(fā)等多種高級觸發(fā)模式。泰克的Pinpoint?觸發(fā)系統(tǒng)是當(dāng)前全業(yè)界最先進(jìn)的觸發(fā)系統(tǒng)，在邊沿觸發(fā)和高級觸發(fā)中使用完全的SiGe技術(shù)，所以觸發(fā)靈敏度都可到達(dá)到很高的水平，例如TDS6124C這款儀器，邊沿觸發(fā)和高級觸發(fā)的靈敏度都可以同時(shí)達(dá)到3div@9GHz。這個(gè)雙觸發(fā)系統(tǒng)輔以觸發(fā)延遲設(shè)置和觸發(fā)重置，幾乎可以不受限制地設(shè)置觸發(fā)模式。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器有了這些特性，在帶寬性能可以遠(yuǎn)高于較模擬實(shí)時(shí)示波器;在觸發(fā)和采樣的配合下，數(shù)字存儲(chǔ)示波器對單次信號(低重復(fù)概率信號)的捕獲能力有巨大提升;對于信號的測試和分析能力也今非昔比……但是，在增強(qiáng)了對單次信號的捕獲、分析能力以后，