“新”智能示波器面面觀
示波器一直以來在電子量測領域扮演著不可或缺的角色，正所謂量測為設計之母，所有的
電子產品從研發設計到生產,示波器幫助了無數工程師與產品驗證除錯使得產品順利生產
與品質的保障。示波器對於工程師來說，像是軍人打仗時使用的精准無比的槍。各家廠商
無不推成出新，爭食全球數十億美金的示波器市場。
類比式示波器在過去有著無與倫比的真實波形呈現，讓工程師們特別喜愛它的快速波形呈
現，但其無法穩定觸發與儲存波形的限制隨著電子產品的進步與報告量的增加隨之而來的
便是數位儲存式示波器被廣泛的使用。然而固然數位式示波器有著良好的功能如多種觸發
方式，自動量測，儲存介面與電腦連線到創新的PC base架構，但是其無法及時的呈現真
實的波形卻讓工程師們在驗證除錯上費盡了時間。
現今各家廠商在頻寬，即時取樣率與紀錄長度外，提升垂直解析是各家廠商在數位即時示
波器上爭相研發的目標，其目的是希望藉由提高波形解析(分辨率)來達成示波器精準測量
的效果，高解析扮演著重要的精准測量的地位。
OWON在跨入時域產品設計時便考慮到這一點，以下我們就OWON_XDS高解析數位儲
存示波器之於”新示波器面面觀”的主題來探討，您選對示波器了嗎?
一部好的示波器必須具備
1. 良好的頻率響應，在-3db定義下，我們還必須保證足夠的頻寬。業界以3~5倍頻為基
準
2. 即時取樣, 提供4到10倍取樣頻率達到信號完整性
3. 記憶深度, 長時間有效擷取信號不失真，支援歷史回放完整記錄波形
4. 波形更新率, 每秒高達數萬到數十萬次的波形更新率，真實快速地呈現異常信號
5. 低雜訊與抖動, 提供數位觸發系統確保示波器本生低噪與準確觸發，並提供可調濾波
功能
6. 高位元的呈現使得量測波形不隨著垂直刻度的變化而造成量測值的誤差
7. 自動量測與統計
8. FFT頻譜分析(EMC預測試)與通訊信號分析工具
9. 具備高解析模式測量鏈波與小信號
10. 簡單易學的操作介面
11. 提供多功能自帶電錶，信號產生器，資料紀錄儀，頻率響應分析等
12. 提供無線通訊連線，手機APP，遠端操控隨時記錄，掌握動態資料
高解析，長紀錄與波形更新率是新一代示波器加速工程師驗證與除錯的一大創新，使得示
波器在測量小信號擺脫傳統示波器的馬賽克效應(如圖)的最佳的波形呈現。
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| 8bit呈現的波型 |
用8位示波器和12位示波器測量相同的200mVpp信號。正常採樣時看，兩者區別很小。但當我們暫停放大觀察時，兩者的區別就十分明顯。
因此12位示波器比傳統8位示波器能夠捕獲更多的波形細節就是關鍵。
高解析示波器捕獲信號的真實情況，更清楚地觀察大電壓信號範圍中的小電壓信號。除此之外，12位示波器還能夠檢測到更小的信號波動情況。
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滿量程 |
最小步進 |
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8bit |
12bit |
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10mV |
39.1uV |
2.4uV |
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20mV |
78.2uV |
4.8uV |
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50mV |
195.3uV |
12.2uV |
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100mV |
390.6uV |
24.4uV |
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200mV |
781.3uV |
48.8uV |
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500mV |
1.9mV |
122uV |
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1V |
3.9mV |
244uV |
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2V |
7.8mV |
488uV |
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5V |
19.5mV |
1.2mV |
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10V |
39.1mV |
2.4mV |
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20V |
78.1mV |
4.9mV |
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50V |
195.3mV |
12.2mV |
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100V |
390.6mV |
24.4mV |
觸發
是示波器的一個非常重要的關鍵，它能夠捕捉到特定的信號事件進行詳細的分析，並提供了一個穩定的重複波形。其在20世紀40年代發明以來，示波器觸發經歷了連續的創新。對owon數位即時示波器來說更是一大創新科技。owon提供了+-1ppm的時基精準度並且在不同頻率地波形量測下有效穩定交替觸發，為工程師提供觀測信號便利。
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波形記憶深度
數位示波器是透過類比數位轉換器(ADC)將電子信號以取樣點與正弦(線性)內插的方式將波形建立起來(如下圖)，並根據奈斯定理:取樣頻率為待測信號頻率的兩倍為理論基礎。
當示波器長時間抓取信號時，取樣率就會隨的時間變長而取樣率下降變低，當違反奈斯定理時稱之為失敗波形的還原或者稱之為贗頻。此時長時間紀錄就需要足夠的紀錄長度使得示波器能夠有能力抓取更高頻率的信號而不失真。以owon XDS 40M 取樣點在抓取100KHz的方波信號，使用1MS/s的取樣率(10倍)，可以抓取30秒鐘。
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紀錄30秒波形不失真，頻率準確測量
創新波形紀錄與克隆技術
owon創新波形紀錄與克隆技術，其技術核心為錄製波形與紀錄，在複雜與危險的環境下紀錄波形以利後製處裡，隨時掌握關鍵突發波形與紀錄。可配置電錶做為更長時間資料取樣記錄儀使用。克隆資料擷取技術(waveform clone technology )，有別於傳統波形擷取存儲，高明的AD/DA技術(可內置信號產生器)，使得示波器在進行擷取突發或偶發以及觸發信號時更準確的在重現波形與分析波形與雜訊的分析的一大利器。工程師在驗證除錯過程中多了一個創新的選擇，革命性的改變完全解決了對傳統數位示波器無法解析細節反應與重現波形的詬病。
EMI預測試，現代的量測中基於電磁干擾測試的普及,EMI的先行測試格外的重要，失傳已久的示波器EMI量測如今重出江湖，喚醒了多少業界前輩份的心聲。如今OWON在EMI的PRE TEST 也不缺席並進一步推出頻譜分析儀(待續)，運用示波器測試EMI行之有年但是如何BACK TO BASIC回歸基本? 讓OWON喚醒您的記憶!
示波器不能取代一個電磁干擾測試儀，特别是在執行符合性測試，但它作為一個良好的EMI測試和快速除錯工具。
數位協議與驗證除錯
示波器回歸基礎還是以信號的完整性量測為優先考慮，選對頻寬並搭配適合的探棒是一個關鍵。對於接地是否乾淨，是否有寄生電容，電感效應所產生的共振頻率，串音與否以及雜訊的干擾等等都是量測時必須考慮地的重要環節。近年來示波器的發展已隨著嵌入式系統的突飛猛進在各個領域中，如晶片設計，通訊，電腦，手機，汽車電子皆須要使用示波器做大量的驗證與除錯，此時多通道的需求油然而生。OWON示波器提供解碼選項，五種基礎解碼I2C/RS232/SPI/CAN/LIN等滿足客戶在低速控制信號的設計驗證與多通道的需要。
圖示為I2C解碼
示波器在現代通信領域的應用，使用雙通道X-Ymode里賽斯圖形觀察相位變化已經被現在工程師所遺忘，以示波器XY模式觀察相位差更是對於絕大部分的工程師來說是陌生的，OWON提供X-Y mode為設計基礎加入I Q data輸入設定介面使得從事通信基頻的工程師得以輕易的使用示波器觀測星座圖，另一方面OWON加大力度投入新型任意波信號產生器研發，推出頻率更高，內建數十種常用與特殊通訊與調製信號波形，大大降低公司在產品驗證投資成本。
圖示為BPSK星座圖(使用OWON XDG作為信號源)
頻率響應分析
為快速測量待測物在某一個頻率點的頻率特性，並快速解決電路元件測試而生。在示波器的基礎上配置信號產生器來完成實現頻率響應分析的功能，使用示波器完成gain增益/phase相位量測變得相當容易。使用OWON_XDS高解析示波器成為一種新的典範。
FRA頻率項應分析唯一階RC電路
結論
本文作者希望透過新示波器面面觀傳達給廣大讀者與示波器使用者對示波器的全新體認，並且在不丟失過去基本的量測理論上進一步的強化新一代示波器所帶來的創新量測技術與革新。示波器的發展已經進入一個全新的領域，新的特性與多用途功能可以幫助工程師們節省時間，快速評估關鍵性的量測，更直觀的分析，簡單的操作以及豐富的配備。讓您輕鬆的遊走在數位與射頻領域的驗證與除錯。您選對示波器了嗎?
本文作者: OWON資深工程師
葉品顯 Tony Yeh 著
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