具体描述
编辑推荐
本书深入剖析了现代示波器的架构，并通过近百个经典案例及精美插图，展示了现代示波器在实战中的应用技巧。这里不是简单讲如何操作使用，而是为了帮助您洞悉问题本质。
本书素材来源于作者十多年来的积累，根据一线工程师实际使用示波器的问题，结合典型应用场景，全面、系统地讲述了现代示波器在各种复杂场合的测试和使用方法。
希望通过本书的介绍，使得广大工程师朋友们能够更好地理解和应用现代数字示波器的高级功能，以发挥这种*常用的电子测量工具对于电路调试和分析的效用。
内容简介
示波器是*广泛使用的电子测量仪器。经过近一个世纪的持续技术革新，现代数字示波器已经是结合了*新材料、芯片、计算机、信号处理技术的复杂测量系统。
本书结合笔者近20年实际应用经验，对现代数字示波器的原理、测量方法、测量技巧、实际案例等做了深入浅出的解读和分析。
本书分为三大部分： 第1~8章介绍现代测量仪器的发展、数字示波器原理、主要指标、测量精度、探头分类及原理、探头对测量的影响、触发条件、数学函数功能等内容； 第9~19章结合实际案例，介绍示波器在信号完整性分析、电源测试、时钟测试、射频测试、宽带信号解调、总线调试、芯片测试中的实际应用案例； 第20~29章侧重高速总线的一致性测试，介绍数字总线，如PCIe 3.0/4.0、SATA、SAS 12G、DDR3/4、10G以太网、CPRI接口、100G背板、100G光模块、400G以太网/PAM4信号的原理及测试方法。
本书可帮助从事高速通信、计算机、航空航天设备的开发和测试人员深入理解及掌握现代数字示波器的使用技能，也可供高校工科电子类的师生做示波器、电路测试方面的教学参考。
作者简介
李凯，毕业于北京理工大学光电工程系，硕士学位，中国电子学会高级会员，曾在国内知名通信公司从事多年数据通信及基站研发工作，对于通信、计算机等行业有深入认知，对信号完整性、嵌入式系统、高速总线、可编程逻辑、时钟、电源等电路的设计和测试有深刻理解。2006年加入安捷伦公司电子测量仪器部（现Keysight公司），负责高速测试仪器（如示波器、误码仪等）的应用和研究，长期和一线电子工程师有密切接触。作为高速测试领域的专家，李凯利用业余时间撰写了大量关于测量原理及方法的文章，并发布在《国外电子测量技术》《电子工程专辑》等专业杂志，同时在EDN China网站（现“面包板”社区）开设有技术博客及微信公众号“数字科技”。
目录
一、 现代测量仪器技术的发展
二、 示波器原理
1. 模拟示波器
2. 数字存储示波器
3. 混合信号示波器
4. 采样示波器
5. 阻抗TDR测试
三、 数字示波器的主要指标
1. 示波器的带宽
2. 示波器的采样率
3. 示波器的内存深度
4. 示波器的死区时间
四、 示波器对测量的影响
1. 示波器的频响方式
2. 示波器带宽对测量的影响
3. 示波器的分辨率
4. 示波器的直流电压测量精度
5. 示波器的时间测量精度
6. 示波器的等效位数
7. 示波器的高分辨率模式
8. 示波器的显示模式
五、 示波器探头原理
1. 探头的寄生参数
2. 高阻无源探头
3. 无源探头常用附件
4. 低阻无源探头
5. 有源探头
6. 差分有源探头
7. 有源探头的使用注意事项
8. 宽温度范围测试探头
9. 电流测量的探头
10. 光探头
六、 探头对测量的影响
1. 探头前端对测量的影响
2. 探头衰减比对测量的影响
3. 探头的校准方法
4. 探头的负载效应
5. 定量测量探头负载效应的方法
七、 使用触发条件捕获信号
1. 示波器触发电路原理
2. 示波器的触发模式
3. 边沿触发
4. 码型触发
5. 脉冲宽度触发
6. 毛刺触发
7. 建立/保持时间触发
8. 跳变时间触发
9. 矮脉冲触发
10. 超时触发
11.连续边沿触发
12. 窗口触发
13. 视频触发
14. 序列触发
15. 协议触发
16. 高速串行触发
17. 高级波形搜索
八、 示波器的数学函数
1. 用加/减函数进行差分和共模测试
2. 用Max/Min函数进行峰值保持
3. 用乘法运算进行功率测试
4. 用XY函数显示李萨如图形或星座图
5. 用滤波器函数滤除噪声
6. 用FFT函数进行信号频谱分析
7. 用Gating函数进行信号缩放
8. 用Trend函数测量信号变化趋势
9. 使用MATLAB的自定义函数
九、 高速串行信号质量分析
1. 显示差分和共模信号波形
2. 通过时钟恢复测试信号眼图
3. 进行模板测试
4. 失效bit定位
5. 抖动分析
6. 抖动分解
7. 通道去嵌入
8. 通道嵌入
9. 信号均衡
10. 均衡器的参数设置
11. 预加重的模拟
十、 电源完整性测试
1. 电源完整性测试的必要性
2. 电源完整性仿真分析
3. DC�睤C电源模块和PDN阻抗测试
4. DC�睤C电源模块反馈环路测试
5. 精确电源纹波与开关噪声测试
6. 开关电源功率及效率分析
7. 电源系统抗干扰能力测试
十一、 电源测试常见案例
1. 交流电频率测量中的李萨如图形问题
2. 电源纹波的测量结果过大的问题
3. 接地不良造成的电源干扰
4. 大功率设备开启时的误触发
5. 示波器接地对测量的影响
十二、 时钟测试常见案例
1. 精确频率测量的问题
2. GPS授时时钟异常状态的捕获
3. 光纤传感器反射信号的频率测量
4. 晶体振荡器频率测量中的停振问题
5. PLL的锁定时间测量
6. 时钟抖动测量中RJ带宽的问题
7. 时钟抖动测量精度的问题
8. 如何进行微小频差的测量
十三、 示波器能用于射频信号测试吗？
1. 为什么射频信号测试要用示波器
2. 现代实时示波器技术的发展
3. 现代示波器的射频性能指标
4. 示波器射频指标总结
十四、 射频测试常用测试案例
1. 射频信号时频域综合分析
2. 雷达脉冲的包络参数测量
3. 微波脉冲信号的功率测量精度
4. FFT分析的窗函数和栅栏效应
5. 雷达参数综合分析
6. 跳频信号测试
7. 多通道测量
8. 卫星调制器的时延测量
9. 移相器响应时间测试方法
10. 雷达模拟机测量中的异常调幅问题
11. 功放测试中瞬态过载问题分析
12. 复杂电磁环境下的信号滤波
13. 毫米波防撞雷达特性分析
十五、 宽带通信信号的解调分析
1. I/Q调制简介
2. I/Q调制过程
3. 矢量信号解调步骤
4. 突发信号的解调
5. 矢量解调常见问题
6. 超宽带信号的解调分析
十六、 高速数字信号测试中的射频知识
1. 数字信号的带宽
2. 传输线对数字信号的影响
3. 信号处理技术
4. 信号抖动分析
5. 数字信号测试中的射频知识总结
十七、 高速总线测试常见案例
1. 卫星通信中伪随机码的码型检查
2. 3D打印机特定时钟边沿位置的数据捕获
3. VR设备中遇到的MIPI 信号测试问题
4. AR眼镜USB拔出时的瞬态信号捕获
5. 区分USB总线上好的眼图和坏的眼图
6. 4K运动相机的HDMI测试问题
7. SFP+测试中由于信号边沿过陡造成的DDPWS测试失败
8. USB 3.1 TypeC接口测试中的信号码型切换问题
十八、 芯片测试常用案例
1. 高速Serdes芯片功能和性能测试
2. 高速ADC技术的发展趋势及测试
3. 二极管反向恢复时间测试
4. 微封装系统设计及测试的挑战
十九、 其他常见测试案例
1. 如何显示双脉冲中第2个脉冲的细节
2. 示波器的电压和幅度测量精度
3. 不同宽度的脉冲信号形状比较
4. 超宽带雷达的脉冲测量
5. 通道损坏造成的幅度测量问题
6. 对脉冲进行微秒级的精确延时
7. 探头地线造成的信号过冲
8. 探头地线造成的短路
9. 阻抗匹配造成的错误幅度结果
10. 外部和内部50Ω端接的区别
11. 低占空比的光脉冲展宽问题
12. 如何提高示波器的测量速度
13. 计算机远程读取示波器的波形数据
二十、 大型数据中心的发展趋势及挑战
二十一、 PCIe 3.0测试方法及PCIe 4.0展望
1. PCIe 3.0 简介
2. PCIe 3.0 物理层的变化
3. 发送端信号质量测试
4. 接收端容限测试
5. 协议分析
6. 协议一致性和可靠性测试
7. PCIe 4.0标准的进展及展望
二十二、 SATA信号和协议测试方法
1. SATA 总线简介
2. SATA 发送信号质量测试
3. SATA 接收容限测试
4. SATA�睧xpress（U.2/M.2）的测试
二十三、 SAS 12G总线测试方法
1. SAS总线概述
2. SAS的测试项目和测试码型
3. SAS发送端信号质量测试
4. SAS接收机抖动容限测试
5. SAS互连阻抗及回波损耗测试方案
二十四、 DDR3/4信号和协议测试
1. DDR 简介
2. DDR信号的仿真验证
3. DDR 信号的读写分离
4. DDR 的信号探测技术
5. DDR 的信号质量分析
6. DDR 的协议测试
二十五、 10G以太网简介及信号测试方法
1. 以太网技术简介
2. 10GBASE�睺/MGBase�睺/NBase�睺的测试
3. XAUI和10GBASE�睠X4测试方法
4. SFP+/10GBase�睰R接口及测试方法
二十六、 10G CPRI接口时延抖动测试方法
1. 4G基站组网方式的变化
2. CPRI接口时延抖动的测试
3. 测试组网
4. 时延测试步骤
5. 抖动测试步骤
6. 测试结果分析
7. 测试方案优缺点分析
二十七、 100G背板性能的验证
1. 高速背板的演进
2. 100G背板的测试项目
3. 背板的插入损耗、回波损耗、阻抗、串扰的测试
4. 背板传输眼图和误码率测试
5. 发送端信号质量的测试
6. 100G背板测试总结
二十八、 100G光模块接口测试方法
1. CEI测试背景和需求
2. CEI��28G�睼SR测试点及测试夹具要求
3. CEI��28G�睼SR输出端信号质量测试原理
4. CEI��28G�睼SR输出端信号质量测试方法
5. CEI��28G�睼SR输入端压力容限测试原理
6. CEI��28G�睼SR接收端压力容限测试方法
7. 100G光收发模块的测试挑战
8. 100G光模块信号质量及并行眼图测试
9. 100G光模块压力眼及抖动容限测试
二十九、 400G以太网 PAM��4信号简介及测试方法
1. 什么是PAM��4信号？
2. PAM��4技术的挑战
3. PAM��4信号的测试码型
4. PAM��4发射机电气参数测试
5. PAM��4的接收机容限及误码率测试
精彩书摘
三、数字示波器的主要指标
1.示波器的带宽
带宽是示波器最重要的一个指标，它决定了这台示波器测量高频信号的能力。前面我们介绍过，示波器的带宽主要由前端的放大器等模拟器件的特性决定。对于一般的放大器来说，其增益不可能在任何频率下都保持一样，示波器中使用的放大器也是如此。示波器中的放大器的工作频点是从直流开始的，其增益随着输入信号的频率增高会逐渐下降。一般把放大器增益下降-3dB对应的频点称为这个放大器的带宽，示波器的带宽也是用同样方法定义的。图3.1是示波器带宽定义的示意图。
图3.1示波器带宽的定义
对于一台标称带宽为1GHz的示波器，假设输入一个标准的50MHz、1V峰峰值的正弦波信号，在示波器上测量到的信号幅度为A；然后将输入信号的幅度保持不变，频率逐渐增加到1GHz，这时在示波器上测量到的信号幅度为B。如果20lg(B/A)的计算结果没超过-3dB(例如为-2.8dB)，这台示波器就是合格的，否则就是不合格的。对于示波器的带宽检定通常使用的也是这种方法。
需要注意的是，-3dB是按信号功率计算的，相当于信号的功率增益下降1/2。示波器实际测量的是电压信号，功率与电压的平方成正比，所以-3dB相当于示波器电压的增益随着频率的增加下降到原来的0.707倍。因此，对于一个50MHz、1V峰峰值的正弦波信号，用1GHz带宽的示波器测量到的幅度应该是1V左右，而如果被测信号的幅度不变但是频率增加到1GHz，这时测量到的信号幅度可能只有0.7V左右了。
从前面的例子可以看出，示波器并不是对带宽内的所有频率信号都保持相同的测量精度的，被测信号频率越接近带宽附近，测量结果的幅度误差越大，如果这个幅度误差超过了可以接收的范围，就要考虑用更高带宽的示波器进行测量。另外示波器也不是绝对不可以对超过带宽的信号进行测量，如果被测信号的频率只是稍微超过了示波器的带宽，虽然信号的衰减会比较大，但大概的频率、周期等时间信息还是比较准确的(对正弦波信号)。
至于具体某个频点的衰减是多大，需要准确知道示波器的频响曲线。一般示波器厂商在公开的场合只会提供带宽指标而没有具体的频响曲线，如果确实需要，可以通过用微波信号源配合功率计扫描得到这条曲线。
示波器的带宽主要取决于前端的衰减器和放大器的带宽，因此大的示波器厂商都有自己特有的技术来实现高的带宽。以Keysight公司为例，其33GHz的示波器前端芯片采用InP(磷化铟)的高频材料，并使用了MCM(Multi�睠hipModule)的多芯片封装技术，打开其MCBGA(多芯片BGA)芯片的屏蔽壳后(见图3.2)，可以看到其内部主要由5片InP材料的芯片采用三维工艺封装而成。其中包含2片33GHz带宽InP材料做成的放大器，可以同时支持2个通道的信号输入；2片InP材料做成的触发芯片以及1片InP材料做成的80GSa/s的采样保持电路；所有芯片采用快膜封装技术封装在一个密闭的屏蔽腔体内。
图3.2采用InP材料的示波器前端芯片
随着信号频率和数据速率的提高，对于示波器带宽的需求越来越高。如果没有能力设计高带宽的放大器前端，或者现有的硬件技术无法提供足够高的带宽时，有时会采用一些其他的方式来提升带宽，其中常用到的是DSP带宽增强和频带交织技术。
DSP带宽增强技术实际上是一种数字DSP处理技术。采用数字DSP处理技术的初衷并不是为了增强带宽，而是为了进行频响校正。一般宽带放大器在带内各个频点的增益不一定是完全一致的，所以宽带放大器通常会有一个带内平坦度指标衡量增益的波动情况。通过用数字技术补偿频响波动可以在带内获得比较平坦的频响曲线，获得更准确的测量结果。进一步地，为了充分利用带宽以外频点的能量，可以通过数字处理技术把带宽以外一部分频率成分的能量增强上去，这样-3dB对应的频点就会右移，相当于带宽提高了。图3.3显示了带宽增强对系统频响特性的改变。带宽增强技术在提高带宽的同时也会提升系统的高频噪声，所以这种技术虽然提高了带宽，但增加了噪声。带宽增加越多，噪声的放大比例越大。因此，带宽增强技术虽然实现简单，但不适用于大比例增加系统带宽。反过来，用数字处理技术还可以根据需要压缩带宽。带宽压缩的同时一部分频率成分的噪声也被滤掉，所以在不需要高带宽时可以降低系统噪声。带宽增强和压缩技术在很多高端示波器上都有使用。
图3.3DSP带宽增强技术
除了DSP带宽增强以外，频带交织技术也是另一种提升带宽的方法。频带交织技术是在频域上把信号分成两个或多个频段处理，例如把输入信号分成低频段和高频段两个频段分别采样和处理，再用DSP技术合成在一起。图3.4是频带交织技术实现的原理。例如，假设放大器硬件带宽只能做到16GHz，而希望实现25GHz的带宽，这就要把16GHz以下的能量滤波后用一个放大器放大后采样，16~25GHz的能量经滤波、下变频后再用另一个放大器放大后采样。这种方法推广开来可以3个频段或4个频段复用实现更高的带宽。但是有射频知识的人都知道，硬件上是做不出来那么理想的滤波器，正好把需要的频率都放进来，同时把不需要的频率分量都滤掉的，而且宽带信号的下变频的过程会产生非常多的信号混叠和杂散问题。因此，使用这种方法后，如果硬件电路设计和数学修正方法不好，在频段的交界点附近会有很大的问题，最典型的表现就是在频段交界点附近噪声会明显抬高，信号失真明显变大。
图3.4频带交织技术实现原理
2.示波器的采样率
被测信号经过示波器前端的放大、衰减等信号调理电路后，接下来就是进行信号采样和数字量化。信号采样和数字化的工作是通过高速的A/D转换器(ADC，模数转换器)完成的，示波器的采样率就是指对输入信号进行A/D转换时采样时钟的频率。
图3.5数字采样的概念
真正输入示波器的信号在时间轴和电压轴上都是连续变化的，但是这样的信号无法用数字的方法进行描述和处理，数字化的过程就是用高速ADC对信号进行采样和量化的过程。经过模数转换后，在时间和电压上连续变化的波形就变为一个个连续变化的数字化的样点，如图3.5所示。
在进行采样或者进行数字量化的过程中，如果要尽可能真实地重建波形，最关键问题是在时间轴上的采样点是否足够密以及在垂直方向的电压的量化级数。水平方向采样点的间隔取决于示波器的ADC的采样率，而垂直方向的电压量化级数则取决于ADC的位数。
对于实时示波器来说，目前普遍采用的是实时采样方式。所谓实时采样，就是对被测的波形信号进行等间隔的一次连续的高速采样，然后根据这些连续采样的样点重构或恢复波形。在实时采样过程中，很关键的一点是要保证示波器的采样率要比被测信号的变化快很多。那么究竟要快多少呢？可以参考数字信号处理中的奈奎斯特(Nyquist)定律。Nyquist定律告诉我们，如果被测信号的带宽是有限的，那么在对信号进行采样和量化时，如果采样率是被测信号带宽的2倍以上，就可以完全重建或恢复出信号中承载的信息。
图3.6是满足奈奎斯特采样定律的情况：被测信号的带宽为B，示波器的采样率为Fs。当用Fs的采样率对带宽为B的信号进行采样时，从频谱上看以Fs的整数倍为中心会出现重复的信号频谱，有时称为镜像频谱。如果B
图3.7是不满足奈奎斯特采样定律的情况：如果B>Fs/2或者说Fs<2B时，信号的各个镜像频谱可能会产生重叠，这时我们称信号产生了混叠，混叠后无论采用什么样的滤波方式都不可能再把信号中承载的信息无失真地恢复出来了。
图3.6满足奈奎斯特条件时采样到的信号的频谱
图3.7不满足奈奎斯特条件采样时的频谱混叠
更严重的混叠情况发生在示波器的采样率低于被测信号频率的情况下。为了更清楚地展示这个问题，下面通过一个例子，看看对同一个正弦波信号用不同采样率采样时会发生什么现象。
图3.8和图3.9是示波器分别用20GSa/s的采样率和5GSa/s的采样率对1.7GHz的正弦波进行采样并重建波形的情况，两张图都可以清晰看到原始信号的波形并可以相对准确地测量到信号的频率等参数。
图3.8用20GSa/s的采样率对1.7GHz的正弦波采样得到的信号波形
图3.9用5GSa/s的采样率对1.7GHz的正弦波采样得到的信号波形
接下来所有情况不变，我们把示波器的采样率分别设置到2.5GSa/s和1GSa/s，此时1.7GHz的正弦波信号经示波器采样和重建以后，在示波器屏幕上仍然能看到一个正弦波信号，但是仔细观察会发现，这个正弦波信号的频率的测量结果是分别是800MHz和300MHz如图3.10和图3.11所示。这时就是产生了信号的混叠：虽然在示波器上仍然能看到一个波形，而且波形看起来没有太大问题，但频率是发生了搬移的，有时又称为假波。
图3.10用2.5GSa/s的采样率对1.7GHz的正弦波采样得到的信号波形
图3.11用1GSa/s的采样率对1.7GHz的正弦波采样得到的信号波形
假波的特点是在屏幕上的显示是不稳定的，而且随着采样率的变化波形的频率会发生变化。如果被测信号是数字信号或者脉冲信号，其频谱成分会更加复杂，这时不一定是信号频率发生变化才表示产生了混叠，很多时候上升、下降沿形状的不稳定的跳动也可能是由于信号混叠造成的。避免假波或混叠的根本方法是保证示波器的采样率是被测信号带宽的2倍以上。示波器前面的放大器、衰减器等信号调理电路都有一定的带宽，这就是示波器标称的硬件带宽，因此超过示波器带宽的信号频率成分即使能进入示波器内部也已经被衰减得比较厉害。现在的数字示波器的最高采样率一般都可以保证采样率超过示波器带宽的2倍以上(考虑到示波器的频响方式的不同，实际示波器的最高采样率可能会是其带宽的2.5倍或4倍以上)，但是在实际使用中，由于内存深度的限制，示波器有可能会在时基刻度打得比较长时降低采样率，这时就需要特别注意混叠或者假波的产生。如果实在需要采集比较长的时间同时又需要比较高的采样率，可以考虑扩展示波器的内存深度或者采用其他的采样方式(例如分段存储)。
对于带限的调制信号来说(例如1.7GHz的载波，调制带宽为10MHz)，如果示波器的采样率虽然不满足信号载波频率的2倍以上的要求，但是满足信号调制带宽2倍以上的条件。此时有可能采样到的信号虽然载波频率发生了搬移，但是信号的调制信息还完整保留，这时仍然可以对信号进行正确的解调。这种采样方式有时又称为欠采样，在无线通信的信号采样中有广泛应用。欠采样实现了类似数字下变频的效果，在欠采样情况下，示波器可以用比较低的采样率进行采样，因此节约了内存深度，从而可以采集更长的时间，欠采样是我们在进行信号解调时比较常用的一种采样方式。但是注意的是，欠采样也要满足采样率是信号带宽2倍以上的条件，同时要保证混叠以后的信号频谱不要跨越相邻的奈奎斯特区间，因此需要慎重使用。
为了避免信号的混叠，放大器后面A/D采样的速率至少在带宽的2倍以上甚至更高。随着高带宽示波器的带宽达到了几十GHz以上，目前市面上根本没有能支持这么高采样率的单芯片的ADC，因此目前市面上高带宽示波器无一例外都需要使用ADC的交织技术，即使用多片ADC交错采集以实现更高的采样率。
图3.12是TI公司提供的一种对其高速ADC进行交织的实现方式(来源：www.ti.com)。在进行交织时，信号经放大后分为2路，送给2片ADC芯片采样，2片ADC的采样时钟有180°的相位差。这样在一个采样时钟周期内2片ADC共采了2个样点，相当于采样率提高了1倍。经2片ADC分别采样后，后续软件在做波形显示时需要把2片ADC采到的样点交替显示，从而重构波形。
图3.12典型的ADC交织方式
要实现多片ADC的拼接，要求各片ADC芯片的偏置、增益的一致性要好，而且对信号和采样时钟的时延要精确控制。偏置和增益的一致性相对比较好解决一些，例如可以通过校准消除其偏置和增益误差。但是信号和采样时钟的时延控制就比较难了，因为高带宽示波器中使用的ADC的采样时钟的一个周期只有几十ps，ps级的误差或者抖动都会造成非常大的影响。图3.13显示了当2片ADC的时钟相位差不是理想的180°时对波形重建造成的影响。
图3.13不理想的ADC芯片拼接带来波形失真
当采用多片ADC在PCB板上直接进行拼接时，由于PCB上走
图3.14采样保持后再进行信号分配的ADC拼接方式
线时延受环境温度、噪声等影响比较大，很难实现精确的时延控制，所以在PCB板上直接进行简单的ADC拼接很难做得非常好。而对于示波器来说，由于其采样率高达几十GHz，因此几个ps的走线延时都会对系统性能产生非常大的影响。为了解决这个问题，比较好的方法是先进行采样保持，再进行信号的分配和采样。如图3.14所示，由于采样保持电路集成在前端芯片内部，在芯片内可以做很好的屏蔽和时延控制，所以采样点时刻的控制可以非常精确。而送给PCB板上各ADC芯片的信号由于已经经过采样保持，所以信号会保持一段时间。这样即使在PCB板上的信号路径或ADC的采样时钟有些时延误差或抖动，只要其范围不超过一个采样时钟周期，就不会对采集到信号的幅度以及最后的波形重建造成影响。
3.示波器的内存深度
对于高速的数字实时示波器来说，由于其采样率很高，这个高速的数据以现有的数字处理技术是不可能实时处理的。所以数字示波器在工作时都是先把信号采集一段到其高速缓存中，然后再把缓存中的数据读出来显示。这段缓存的深度，有时也称为示波器的内存深度，决定了示波器在进行一次连续采集时所能采集到的最长的时间长度。通常用以下公式计算示波器能够一次连续采集的波形长度：时间长度=内存深度/采样率。
需要注意的是，一般我们所说的示波器的内存深度是这台示波器配置的最大内存深度。由于内存深度设置很深时示波器要处理的数据量很多，可能波形的更新速度会很慢。很多示波器厂商为了改善用户使用的感受，默认会根据示波器时基刻度的调整自动调整所用的内存深度。而当内存深度增加到最大仍然不足以保证采集更长的时间时，示波器通常会自动降低采样率以获得更长的采样时间。图3.15是示波器中常用的调整时基刻度和波形水平位置的旋钮。
图3.15示波器调整水平时基的旋钮
因此，在增加示波器的时基刻度时，很重要的一点是注意观察示波器采样率的变化。如果示波器的内存深度不足，在增大时基刻度时很容易造成采样率的下降。如果要分析的是低速的信号，采样率下降不会造成问题；但如果要分析的是高频的信号、很窄的脉冲或者Burst的高速数据流，采样率的下降就有可能造成信号的失真或者混叠。很多示波器也支持手动设置示波器的采样率和内存深度，手动设置后示波器的采样率和内存深度一般不会再随着时基刻度的变化而变化，但是示波器能够采集的最长的时间长度也定死了。图3.16是一个例子，示波器的采样率是80GSa/s，内存深度是800k样点，总共采集的波形时间长度=(800k/80G)=10μs。
图3.16以80GSa/s的采样率采集800k样点的波形
如果出于保证测量精度的考虑，示波器的采样率不能下降，但同时还想采集更长的时间长度，只有扩充示波器的内存深度。由于示波器的内存是高速的缓存，而且大内存的管理对数据处理速度的要求也很高，需要专门的数据处理芯片，因此示波器的内存深度扩展的价格一般都非常昂贵。目前市面上实时示波器中内存深度最多可以达到每通道2G采样点。
4.示波器的死区时间
前面介绍过，对于模拟示波器来说，由于没有数据处理的中间环节，信号通过扫描直接在屏幕上显示，除了回扫的时间外，在信号捕获和显示上几乎没有间断。而对于数字示波器来说，由于采样率很高，现有的技术又无法对这么大的数据量进行实时处理，所以采集完一段波形后必须停下来等待数据处理和显示。如图3.17所示，在这段处理和显示的时间段内，示波器不响应触发也不进行波形捕获，因此这段时间称为示波器的死区时间(DeadTime)。
图3.17死区时间的概念
……
前言/序言
前言
写在前面——
人类的文明从使用和制造工具开始。
工具可能是原始人随手抄起的木棒，也可能是现代孩童堆在墙角的乐高积木。作为电子工程师的眼睛，示波器是最普遍使用的电路调试工具。现代数字示波器不只是用于简单的波形观察，而是一套非常复杂的信号采集和分析系统。但遗憾的是，无论在国内还是国外，很多介绍示波器的图书与实际工作结合不好且跟不上时代的技术更新，而大部分讲操作的资料读起来又空洞无味，很少能站在实际应用的角度去解读示波器。
有次和一位工程师朋友聊天，他聊到买了很多很好的仪器，但是很多功能没完全发挥出来。“就像手机，我们只用其中10%的功能。”“手机用两年就过时了，你需要了解那么多吗？而且仪器都有操作手册啊？”我反问。“仪器不一样，虽然简单使用都会，但实际问题千变万化，真碰到事儿还是解决不了。操作手册好几百页，也不知道哪些部分与当前问题相关，现在节奏这么快，哪来得及去一页页翻手册。”
其实我一直不愿写一本特别琐碎的针对使用方法和技巧的书，总觉得格局不大，而且实际问题千变万化，也没有一招鲜吃遍天的独门秘籍。所以这本书不是类似市面上一些从入门到精通的操作指南，也不会涉及很细节的操作步骤。我更想展示给大家的是现代测量工具能够实现的强大功能，以及碰到问题时的分析思路。我那位朋友的话打动我的一点在于：广大工程师朋友确实需要一些这方面的帮助。从资历和经验上，我确实是和使用示波器的各行各业工程师接触最多的。时日越久，越觉责无旁贷。
无论是用扳手拧紧一颗螺丝钉，还是熬夜调试电路的故障，抑或是产品交付前的一次次设计修改，无不浸透着工程师的汗水。这些文章的总结和整理，就当是对广大默默无闻、辛勤耕耘的工程师们日常工作的记录和汇报吧。如果能对大家的日常工作有些许帮助，就是额外的惊喜了。
逐有此书。
李凯2017年3月
用户评价
这本书简直就是为我量身定做的！作为一名多年从事电子产品开发的工程师，我一直觉得示波器是一个强大但又有些神秘的工具。虽然基础操作我早已烂熟于心，但总感觉在处理一些复杂的信号问题时，自己就像卡在了瓶颈，难以突破。市面上关于示波器基础的书籍不少，但大多停留在“怎么操作”的层面，很少有深入讲解“为什么这么操作”以及“如何利用示波器解决实际问题”的。这本书的出现，就像黑夜中的一盏明灯，照亮了我前进的道路。我尤其喜欢它在“高级应用”方面着墨颇多，比如它详细讲解了如何利用示波器的频谱分析功能来定位和解决EMI/EMC问题，这绝对是许多工程师头疼的难题。书中举例的案例非常贴近实际，不是那种脱离实际的理论推演，而是从我日常工作中可能遇到的场景出发，一步步引导我思考，一步步教会我如何运用示波器的各种高级功能去诊断、去优化。例如，在分析电源完整性时，书中关于去耦电容的分析方法，让我豁然开朗，过去我只是简单地测量波形，现在我懂得了如何通过示波器来判断去耦电容的有效性，以及如何通过调整布局来改善电源噪声。这本书的语言风格也很亲切，读起来不像是在啃一本枯燥的技术手册，更像是在和一位经验丰富的导师交流，他用最通俗易懂的语言，把最复杂的概念阐释得明明白白。我强烈推荐给所有希望提升示波器应用水平的工程师！
评分我是一名业余的电子爱好者，平时喜欢捣鼓一些小玩意儿，尤其是对音频设备和一些复古电子产品的修复很感兴趣。一直以来，我都觉得示波器是一个非常专业的工具，价格不菲，操作也复杂，所以一直没有真正入手。直到我发现了这本书，它让我看到了示波器在爱好者领域的巨大潜力。这本书的“高级应用”部分，虽然涉及一些专业内容，但它的讲解方式却非常接地气，让我这个非专业人士也能看得懂，并且能从中获得启发。我尤其喜欢书中关于“瞬态信号捕捉”和“周期信号抖动分析”的内容。在修复一些老旧的电子设备时，经常会遇到一些偶发的故障，比如间歇性的杂音或者短暂的信号丢失。过去，我只能凭感觉去猜测问题所在，效率非常低下。这本书详细讲解了如何利用示波器的各种触发模式，以及如何设置捕捉时间，来准确地捕捉到这些短暂的信号异常。这让我能够更精确地定位问题，例如，我曾经用书中介绍的方法，成功地捕捉到了一个导致音频设备产生爆音的微小脉冲信号，并且找到了其根源。此外，书中关于“信号失真度分析”的内容，也让我对如何评估音频信号的质量有了更深入的了解。过去我只能凭耳朵去判断，现在我可以通过示波器看到信号的谐波成分，从而更客观地评估音质。这本书让我觉得，示波器并非高不可攀，它也可以成为业余爱好者提升技能、解决实际问题的强大助手。
评分我是一名刚开始接触数字信号处理的在校研究生，之前对示波器的了解仅限于其基本的波形显示功能。在学习过程中，我发现很多信号处理的算法和理论，都需要通过实际的信号来验证，而示波器正是连接理论与实践的关键工具。这本书的出现，对我来说简直是雪中送炭。它在“测试及使用技巧”方面，提供了非常系统和深入的指导。我尤其喜欢书中关于“信号的完整性和精确性”的讲解。在数字信号处理中，信号的质量直接影响到算法的准确性。书中详细讲解了如何通过示波器来评估信号的上升时间、下降时间、过冲、下冲等参数，以及如何通过优化电路设计和示波器设置来减小这些误差。例如，书中关于“探头补偿”的讲解，让我明白了为什么之前我的测量结果总是不准确，并且学会了如何进行正确的探头补偿。此外，书中关于“瞬态信号捕捉”的技巧，也让我受益匪浅。在调试一些包含高速数字信号的系统时，经常会遇到一些偶发的、短暂的信号异常。过去，我只能凭运气去捕捉，效率非常低。通过学习书中介绍的触发设置方法，我能够更有效地捕捉到这些异常信号，从而快速定位问题。这本书让我觉得，示波器不仅仅是一个测量工具，更是一个能够帮助我深入理解信号、优化系统性能的“智能伙伴”。
评分这本书简直就是我一直在寻找的“宝藏”。作为一名在嵌入式系统领域工作多年的开发者，我深知调试过程的艰辛。尤其是当涉及到硬件和软件的交互时，问题的根源往往隐藏在信号层面，而示波器就是我们揭开这些谜团的利器。我一直认为自己对示波器的使用已经相当熟练，但阅读了这本书之后，我才意识到自己之前的很多应用都只是“浅尝辄止”。书中关于“高级应用”的讲解，让我眼前一亮。例如，它详细阐述了如何利用示波器的“协议分析”功能，去深入理解USB、Ethernet等复杂通信协议的底层细节。我过去在调试USB设备时，经常会遇到数据传输错误，但往往只能通过猜测或反复修改代码来尝试解决。这本书提供了明确的测试流程和数据解读方法，让我能够直接在示波器上看到USB协议中的握手过程、数据包结构，从而精准地定位错误是发生在硬件层面还是软件层面。更让我惊喜的是，书中还介绍了如何利用示波器的“抖动分析”功能，来评估高速数字信号的质量。在开发高性能的嵌入式产品时，信号抖动是影响系统稳定性的关键因素之一。通过书中详细的讲解，我学会了如何设置示波器进行抖动测量，并根据测量结果来优化电路设计和时序。这本书不仅提供了实用的技巧，更重要的是，它教会了我一种系统性的、深入的调试思路，让我能够更高效、更准确地解决复杂问题。
评分这本书的内容，对于我这样一个在工业自动化领域摸爬滚打多年的技术人员来说，绝对是“干货满满”。在实际工作中，我们经常需要对各种自动化设备中的传感器信号、控制信号进行调试和维护。而示波器，就是我们解决很多疑难杂症的“万能钥匙”。然而，很多时候，我们只是将其作为一个基本的信号观察工具，对于其高级功能的应用，了解得并不深入。这本书的出现，彻底颠覆了我的认知。它在“现代示波器高级应用”方面，提供了非常详尽和实用的指导。我尤其欣赏书中关于“电源完整性分析”的内容。在工业自动化系统中，电源的稳定性至关重要，任何一点微小的波动都可能导致整个系统失灵。书中详细讲解了如何利用示波器的各种功能，例如纹波测量、瞬态响应测试等，来准确评估电源的质量，并提供了一系列优化建议。这让我能够更主动地去发现和解决潜在的电源问题，而不是等到故障发生才去亡羊补牢。此外，书中关于“频率响应测量”的讲解，也让我受益匪浅。在调试一些控制系统时，理解系统的频率响应特性非常重要。通过书中提供的测试方法，我能够利用示波器来准确地测量系统的频率响应曲线，从而更有效地进行系统调优。这本书的价值在于，它将示波器的强大功能与实际工程应用紧密结合，为我们这些一线技术人员提供了解决实际问题的有力武器。
评分一直以来，我对示波器的印象都是一个“观察”工具，它能让我们看到电信号的“样子”，但如何从这个“样子”中提取有用的信息，尤其是解决那些棘手的、偶发的、难以复现的问题，我总感觉力不从心。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我进入了一个更广阔的示波器应用世界。它不仅仅教你如何“看”，更教你如何“听”，如何“解读”示波器所传达的信号“语言”。我尤其喜欢书中关于“逻辑分析”和“协议解码”的章节。过去，当我在调试数字电路时，如果遇到通信协议的问题，我通常会感到非常头疼，因为单个信号的波形看起来正常，但整体通信却出了错。这本书详细讲解了如何利用示波器的逻辑分析功能，将多个数字信号同步起来，并且结合协议解码功能，直接将底层的通信数据可视化，这让我能够清晰地看到通信过程中到底哪里出了问题。比如，在调试I2C或SPI总线时，过去我只能通过猜测和反复尝试来定位错误，现在我可以直接看到哪个地址被错误地写入，哪个数据被错误地读取，这种效率的提升是巨大的。书中还提供了一些关于如何设置触发条件来捕捉特定协议事件的技巧，这对于调试复杂的嵌入式系统通信非常有帮助。总的来说，这本书让我明白，示波器远不止是一个模拟信号的观察器，它更是理解和调试现代复杂数字系统的利器。
评分我是一个初涉硬件调试的学生，之前接触示波器更多的是在课堂上，老师演示一些基础的波形测量，感觉它就是一个“放大镜”，能看到电信号的样子。但真正拿到示波器自己动手的时候，就常常感到力不从心，很多时候测到的波形一团糟，根本不知道问题出在哪里，更别提解决。这本书的出现，让我对示波器有了全新的认识。它并没有一开始就抛出大量专业术语，而是从一个非常基础但却至关重要的概念讲起，比如“信号的真实性”。这一点我之前从未深入思考过，总以为示波器测到的就是信号本身。书中通过大量的实例，展示了探头、衰减比、带宽等因素如何影响测量结果，甚至会产生误导。这让我意识到，想要正确地使用示波器，首先要理解它本身的工作原理以及可能存在的“测量陷阱”。我最受益的章节是关于“瞬态信号捕捉”的部分，它详细介绍了如何设置触发条件，才能有效地捕捉到那些稍纵即逝的异常信号。我曾经因为触发设置不当，多次错过关键的毛刺信号，导致问题一直无法定位。这本书中的触发技巧，比如边缘触发、脉冲触发、欠幅触发等，配合具体的案例分析，让我掌握了“大海捞针”的方法。而且，书中还提供了很多实用的测试技巧，比如如何使用光标和测量工具进行精确的数据分析，如何利用示波器的数学运算功能来处理信号等等。我感觉这本书就像一个宝藏，每次翻阅都能发现新的惊喜，让我对自己未来的硬件学习之路充满了信心。
评分这本书对于我这种在研发一线摸爬滚打多年的老兵来说，依然具有极高的价值。我习惯了用示波器来验证设计的正确性，但说实话，很多时候只是在做“已知验证未知”，对于一些深层次的信号完整性问题，我更多依靠经验和直觉，缺乏系统性的分析方法。这本书就恰恰填补了我的这块短板。它在“高级应用”部分，深入剖析了信号完整性分析的各个方面，从阻抗匹配到串扰，从反射到损耗，都给出了详细的示波器测试和分析流程。我特别欣赏书中关于“眼图分析”的部分，它不仅仅是介绍了眼图的形成，更重要的是讲解了如何通过眼图的各项参数（如眼高、眼宽、抖动等）来量化评估信号质量，以及如何根据眼图的形态来判断信号出现的问题根源。这一点对我来说是革命性的，过去我对眼图的理解仅仅停留在“这是一个闭合的眼”的层面，现在我能通过它来“读懂”信号的“健康状况”。书中还涉及了许多我之前很少接触到的应用领域，例如射频信号的测量和分析，以及一些高速数字接口的调试，这些都是我工作中的薄弱环节。通过学习书中提供的具体测试方法和数据解读，我感觉自己正在逐步建立起一套更为严谨和科学的信号分析体系。这本书不仅仅是技巧的罗列，更重要的是传递了一种解决问题的思路和方法论，这对于任何一个希望在电子领域有所建树的工程师来说，都是无价的。
评分这本书的内容着实令我惊叹，它不仅仅是一本技术手册，更像是一本“示波器使用艺术”的指南。作为一名在科研院所从事信号处理研究的研究者，我每天都与各种复杂的信号打交道，而示波器是我最常用的工具之一。然而，在面对一些前沿的、挑战性的研究课题时，我总觉得现有的示波器应用技巧还不足以完全满足我的需求。这本书在“高级应用”方面的深度和广度，都远远超出了我的预期。它详细讲解了如何利用示波器的“实时频谱分析”功能，来研究信号的频域特性，以及如何通过数学运算功能，将时域信号转换为频域信号进行更深入的分析。这一点对于我研究信号调制、频谱泄漏等问题非常有帮助。书中还介绍了许多非常前沿的应用，例如如何利用示波器进行“功率谱密度”的测量，以及如何通过示波器来分析信号的“瞬时频率”变化。这些都是我过去难以独立完成的任务。更重要的是，书中提供了一些非常精妙的“测试技巧”，例如如何利用示波器的“触发序列”功能来捕捉非常罕见的信号事件，以及如何通过“多通道同步采集”来研究信号之间的耦合关系。这些技巧让我能够更深入地洞察信号的本质，为我的研究提供了强有力的支持。这本书的价值，在于它不仅仅停留在“怎么用”的层面，更是深入到“为什么这么用”以及“如何用得更好”的层面，让我受益匪浅。
评分作为一名在校的通信工程专业的学生，示波器是我学习生涯中不可或缺的实验工具。在学校的课程中，我们接触的更多是理论知识，而示波器作为实践操作的载体，其深度应用对我们来说往往是一个挑战。这本书的出现，恰好解决了我们在理论与实践之间架起一座桥梁的难题。它在“测试及使用技巧”方面，提供了非常详尽和实用的指导。我尤其欣赏书中关于“噪声抑制与分析”的章节。在通信系统中，噪声是一个永恒的敌人，如何有效地识别和抑制噪声，直接影响到系统的性能。书中不仅讲解了不同类型的噪声（如热噪声、散粒噪声、耦合噪声等）的来源，更重要的是，它提供了利用示波器来量化这些噪声，以及通过调整测试环境和示波器设置来最大程度地减小测量误差的技巧。例如，书中关于如何正确接地、如何选择合适的探头、如何利用示波器的平均功能来降低随机噪声的影响等内容，都给了我非常大的启发。此外，书中关于“阻抗匹配”的讲解，也让我对信号在传输过程中的损耗有了更深刻的理解。过去我只是知道阻抗匹配很重要，但具体如何通过示波器来验证和调整，一直是个模糊的概念。这本书通过具体的图示和步骤，让我清楚地看到了阻抗失配带来的信号反射，以及如何通过改变匹配网络来改善这一状况。这本书让我觉得，示波器不再是冰冷的仪器，而是可以与我一起“对话”的智能助手，帮助我解决实际工程问题。
评分从基础理论到实际应用，讲解得很全面，几个常见的测量应用也是原理图和实物照片结合，效果不错。缺陷就是实际操作的讲解仍然偏少，高端应用的操作讲解得不够详细。总体还是很不错的一本书
评分收到货了，正品，还没来得及看，彩色版不错！
评分印刷精美，内容翔实！
评分内容丰富，印刷精美，看了收获不小
评分非常不错的一本书，值得一看。
评分从基础理论到实际应用，讲解得很全面，几个常见的测量应用也是原理图和实物照片结合，效果不错。缺陷就是实际操作的讲解仍然偏少，高端应用的操作讲解得不够详细。总体还是很不错的一本书
评分一本实践性很好的书
评分收到货了，正品，还没来得及看，彩色版不错！
评分很好的一本书，对工作学习有很大的帮助。
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