示波器技术的演进趋势

示波器是电子设计工程师不可或缺的测试工具之一。60余年来，作为一种图形显示设备，与其他通用测试测量仪器相比，示波器经历了无数的技术创新和市场变革，见证了每一个具有划时代意义的电子产品或设备的诞生。

二十世纪四十年代，雷达和电视的设计开发需求催生了第一代电子示波器，奠定了现代示波器的基础。半导体和电子计算机的问世，促进了电子示波器带宽的发展，以美国、日本和英国等国家为代表的测试测量公司不断推出新品。至上世纪六十年代，已经出现了带宽6GHz的取样示波器和带宽4GHz的行波示波管等，便携式和模块化示波器相继有产品问世。模拟示波器在上世纪七十年代达到了发展的顶峰。

  数字电路技术以及工程师对高带宽的需求是数字示波器发展的巨大推动力。要提高带宽，模拟示波器需要示波管、垂直放大和水平扫描全面发展，而此时的数字示波器只需提高前端的A/D转换器的性能。二十世纪八十年代，数字示波器的发展导致模拟示波器逐渐从前台退到了后台。

初期的数字示波器并不完美，工程师多年养成的对模拟示波器的使用习惯是数字示波器必须面对的巨大挑战。到了上世纪九十年代，数字示波器除了性能的全面提升，在面板的设计上充分吸取了模拟示波器的优点，几乎出现了数字示波器模拟化的现象，以至于在今天的高端示波器上依然保留着工程师习惯的按钮。

Frost & Sullivan 在2008年给出的一份有关示波器市场发展的报告中指出，通信和计算机工业技术推动了示波器市场的发展，2007年全球示波器市场已经超过12亿美元。从模拟技术向数字RF技术的转变产生了对高性能RF测试工具和模块化示波器的大量需求。与此同时，对模拟示波器的需求持续下降，相应的市场空间越来越小。下图中的数据表明，数字示波器已经成为市场的绝对主力并大有完全取代模拟示波器之势。

今天的数字示波器已不仅仅是描绘信号波形这样简单，PCI Express 2.0、SATA III 以及HDMI 1.3等广泛用于计算机和消费电子等领域的高速串行总线技术，要求数字示波器必须具备高带宽、深存储和波形快速刷新率等性能。安捷伦公司在2008ADMF论坛上展示的90000系列和80000系列高端示波器，覆盖了当今先进的高速串行总线技术的需求。安捷伦公司数字测试工厂的资深产品应用经理Johnnie Hancock 在论坛上表示：“示波器未来的发展趋势将是带宽越来越宽，采样速度越来越高。高速A/D转换器是实现示波器高带宽的关键。安捷伦公司秉承了传承多年的惠普之道“跳出框框思考”，凭借公司多年的技术积累，选择了技术门槛最高的单芯片A/D转换器实现方案，转换器的采样速率可达20G，功耗仅为十几瓦。”通常，提高A/D转换器转换速率有三种实现方法，即单芯片高速A/D、多片A/D组合及下变频，三种实现方法在技术上各有优劣，其中以第一种实现方法技术门槛最高，但在保证测量的保真度上是最有效的。多片A/D组合方法，回避了A/D芯片研发的难题，但会面临信号如何均匀的分布，包括一致性、采样时钟分配、保持稳定等技术难题。下变频方法类似于频谱分析仪，下变频以后再通过A/D转换，然后计算出一个波形。

示波器的模拟前端是实现高带宽的另一关键部件，大量使用分立器件将会导致整机的高故障率。安捷伦在相关产品中采用了数字RF技术，将衰减器、前置放大器和触发电路集成在一片SoC中，保证了系统的低功耗和高稳定性。在ADMF论坛上，Johnnie Hancock还提出：“存储深度已经不再是技术难题，但是让示波器在保证深存储的情况下，支持很高的波形刷新响应速度是一个挑战，ASIC的应用除了确保深存储，还保证了快速的波形刷新。”在A/D转换器和存储器之间加入一个ASIC芯片，有效避免了数据采集与CPU之间频繁的数据交换，减少了误码的发生。此外，ASIC还兼有数据加速器和校准的功能。

      通信和计算机业正在以空前的速度进行着技术演进，高速串行接口的应用将横跨各个消费产品市场，示波器市场必将有更加广阔的前景，更高带宽以及产品性能的提升将是示波器未来发展的趋势，数字示波器已经成为市场的绝对主角。示波器技术将引发一系列技术变革：高采样率的需求必将加速A/D转换器的技术创新；数字RF技术应用于示波器的模拟前端将成为高端示波器的一个主流技术趋势；在确保深存储度的情况下，使得示波器依然拥有极高的波形刷新响应速度，较低的生产成本，ASIC将会在越来越多的示波器设计中得到使用。