实时示波器与采样示波器有何区别？

所有现代示波器都归类为数字存储示波器 (DSO)，它们以数字方式对信号进行采样、存储和显示，但实现这一目标的技术因示波器而异。

您可能听说过实时示波器和采样示波器这两个截然不同的类别，它们在特定应用中各有优势。了解这两种仪器之间的区别有助于确定哪一种更适合您的用例。

都是示波器，名称相似，但方法不同

首先，让我们来理清一些多年来描述这些示波器的术语：

示波器是干什么用的?

示波器（Oscilloscope）是一种电子测量仪器，可以在无干扰的情况下监控输入信号，随后以图形方式采用简单的电压与时间格式显示这些信号。示波器显示电压随时间的变化，也可以进行电流和光的测量，需要探头或者转换器。

在电子设备的维修领域中，示波器是一种精密的工具，它能够用来精准地检测电路中的故障。通过仔细观察波形的变化，维修人员能够准确地判断出电路是否处于正常的工作状态。

在电路设计领域，用于验证电路设计的准确性和有效性。通过仔细观察波形的形状和波峰的幅度，设计师能够精确判断电路是否满足既定的设计标准和要求。

在通信领域，示波器可以用来分析和调试各种信号波形。例如，可以用示波器来观察无线电信号的变化或者找出通信中的故障。

科学研究中，示波器可以用来观察和记录各种信号的变化。比如，在物理研究中，可以用示波器来观察光电效应的波动。

示波器的三大应用场景

示波器应用一：通用信号的调试，波形观察与基本波形参数测量，电路诊断与异常情况捕获。用示波器检测电路，实际上是和用万用表检测电路类似，了解电路的大致电压情况，就能很快根据电压情况找到问题的所在。知道被测点波形啥样，进行对照。

示波器应用二：信号的高级分析，串行信号的解码可以把纵向上承载的内容解码出来。眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度。

眼图是一个信号视图，其中的波形是通过数据速率触发的。 实时眼通过采集数执行时钟恢复并将连续的单位间隔叠加（折叠）到一个图中来完成此操作。 这是一个以色级形式表示的统计信息视图。眼图如下：

示波器眼图

示波器应用三：超宽带信号的调制域分析，可以把频谱仪当下变频器，UWB带宽500MHz以上甚至到几个G，用示波器显示。UWB通信系统中，不需要「正弦载波」作为载体，而是直接发射电磁脉冲，通过调节脉冲的幅度(PAM，脉冲振幅调制）和脉冲的位置(PPM，脉冲位置调制）等方式来传递信息

什么是实时示波器？

实时示波器，顾名思义，通过足够快的采样率实时数字化输入，以准确捕获和显示输入信号。显示屏上的每个数据点都是在前一个数据点之后直接采样的。这些仪器有时被称为单次示波器，因为它们能够通过单次采集捕获连续信号。这是市场上最常见的示波器类型。

什么是采样示波器？

采样示波器（有时也称为数字通信分析仪或等效时间采样示波器）使用不同的方法来采样和显示信号，在多次扫描过程中，每次触发数字化单个值，这些扫描过程会“扫描”一个时间窗口。这是通过在每次迭代中添加一个较小的固定延迟来实现的，因此它有另一个类似的名称：等效时间采样示波器。但这两个名称可能会导致一些混淆：所有数字示波器都以某种方式使用采样，而一些实时示波器可能包含一种称为“随机等效时间采样”的模式。在是德科技，我们将采样示波器描述为数字通信分析仪，以突出采样示波器在表征数据中心和有线电信系统中使用的高速数字信号方面的优势。

这里有一个类比来帮助理解这两种示波器之间的区别。假设我们要记录自行车车轮的旋转，以一度的增量捕捉车轮的完整旋转。一种方法是使用帧速率非常高的摄像机——足够快到可以在一次旋转的时间段内捕捉 360 幅图像。使用这种方法，您可以在看到车轮转动一次后捕捉所有独特的角度位置。

或者，假设你没有摄像机，而是一台每次只能拍摄一张照片的相机。但是，可以对这台相机进行编程，使其在发出信号后经过一段非常特定的时间后拍摄一张照片。假设每次车轮旋转 0° 时都会向相机发出信号，你可以对相机进行编程，使其在 1° 时拍摄一张照片。下一次旋转时，你可以在 2° 处拍摄一张照片，然后是 3°，依此类推。拍摄 360 度图像后，可以将它们按顺序排列在一起，从而创建整个旋转的动画。

在这个比喻中，摄像机就像一个实时示波器，而单帧相机就像一个采样示波器。采样示波器需要的是一致、重复的信号——就像一个旋转的轮子——而不是随机改变速度或方向的轮子。

完整的动画捕捉可以通过摄像机在单次旋转过程中实时完成，也可以通过多次旋转过程中拍摄的多个单幅图像拼接而成。

实时示波器和采样示波器之间的主要区别是什么？

两者都属于数字存储示波器 (DSO) 的子类别。实时示波器一次性捕获信号，而采样示波器则在信号的多个周期内进行多次采样，因此采样率较低，但分辨率可能更高。

实时示波器非常适合捕获单次事件或间歇性信号，而采样示波器则擅长分析重复信号，尤其是高带宽信号。采样示波器通常包含专用的分析功能，并能提供卓越的时域波形分析精度。

为了准确捕获信号，实时示波器需要一个采样率远高于带宽的模数转换器 (ADC)，这在大多数情况下会将典型的垂直分辨率限制在 8 位或 12 位。采样示波器可在多个周期内捕获信号，可以使用采样率较低的 ADC，垂直分辨率最高可达 16 位。

工作原理

采样示波器可以通过在多个触发器上收集所需数量的样本，捕获高达仪器模拟带宽的信号，而无需考虑采样率。收集到的样本可用于重建捕获的波形。实时示波器无需重建信号，因为它们可以实时且一次性捕获整个信号（图 1）。

图 波形重建的实时采样（上）与等效时间采样（下）的比较 

查看波形

实时示波器使用独立于信号且速度更快的内部采样时钟，使其能够评估输入信号本身以确定何时开始采集。这提供了更大的调试灵活性，因为触发可以基于任意标准，例如电压电平或模式。这还允许收集预触发样本，从而深入了解偶发事件前后的行为。

实时示波器使用内部采样时钟，并存储触发信号前后采样的数据。

采样示波器的采样与数据同步，需要显式或恢复的时钟信号。显式时钟与数据信号（例如 I2C 总线上的 SCL 信号）一起提供，并且与数据信号分开。或者，可以通过称为时钟恢复的过程从数据信号本身获取时钟信号，该过程由单独的设备或采样示波器内的子系统执行。

为了捕获波形，采样示波器需要一个重复的码型，因为采集需要多次循环。源自时钟信号的码型触发器提供一个触发点，在此触发点之后进行采样。每次码型触发器都会在距离码型触发器稍远的采样点处进行新的采样，并进行迭代。然后，采样示波器使用采集到的样本重建波形。

通过多次扫描并逐步延迟采样时间，可以在采样示波器上查看重复波形。

创建眼图

眼图是评估高速电气和光纤总线信号完整性的关键工具。实时示波器可以通过多步骤过程创建称为“实时眼图”的眼图：

示波器对记录进行足够长的采样，以捕获每个可能的符号转换的多个实例。

每个符号的边界可以通过使用外部提供的时钟或通过时钟数据恢复来确定。

示波器将捕获的转换叠加在一起，以直观地表示总线转换，并深入了解发送器提供接收器能够准确解读信号的能力。

实时示波器可以创建“实时眼图”，从而洞察总线特性，例如噪声和抖动。

与波形捕获类似，在采样示波器上创建眼图也采用多通道采样方法——但眼图并非使用码型触发，而是使用时钟信号（显式或恢复式）作为触发信号。每次时钟触发后，都会在特定延迟后进行采样，该延迟会随着每次迭代逐渐增加。对每个采样点重复此过程多次，以构建视觉眼图。

采样示波器可以通过在特定周期内的多个点进行采样来创建眼图，从而捕获所有符号转换的组合。

带宽和分辨率

实时示波器和采样示波器的带宽均高达 100 GHz 以上，可用于最新的高速数字应用。由于采样示波器能够在多个周期内进行采样，因此可以使用采样率较低且垂直分辨率较高的 ADC，通常高达 14 位。另一方面，实时示波器需要采样率远高于指定带宽的 ADC 才能实时精确捕获信号，因此需要在垂直分辨率上做出妥协。

模块化和接口

实时示波器通常具有 4 到 8 个永久安装的电子输入通道。相反，采样示波器可以组合使用电通道、光通道和 TDR 通道。是德科技提供具有不同组合配置的 DCA-M 独立迷你 DCA，以及具有各种插件模块的 DCA-X 宽带宽采样示波器平台，可执行精密的光、电和时域反射/传输 (TDR/TDT) 测量。