示波器即简单又复杂！但示波器为什么那么贵？大多都几千上万，为什么会那么贵？说示波器简单的，是因为它是一种能够显示电压信号动态波形的测试计量仪器。它将随时间变化的电压信号在时域中转换为曲线，将原本不可见的电信号在二维平面上转化为直观的可见光信号，从而便于分析电信号的时域特性。更先进的示波器甚至能够分析输入时间信号的频谱，展现输入信号的频域特征。示波器价格昂贵，主要归因于其高精度测量、高性能采样率、大容量存储以及复杂的内部结构。由于待测信号的频率可能极高，这就要求示波器具备快速响应的能力。众所周知，采样速率决定了示波器在时间维度（水平方向）上的测量精度。
奈奎斯特采样定理 - 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。示波器的设计和制造过程中涉及到的精密技术和复杂工艺。示波器的内部结构包括传输、衰减、放大、低通滤波、硬件触发、采样、运算等部分，每个部分都需要高精度的设计和制造，以确保最终的测量精度和性能。以数字示波器为例，单纯按照采样定理＋计算，采样速度至少要达到被测信号频率的2倍，那么如果我要测一个10MHz的信号，ADC采样速度就至少要20MSa/s，就是至少每秒钟要读万用表示数20000000次（两千万次)，这个速度就很吓人了。高端示波器拥有更惊人的采样速率。举个例子，是德科技 Keysight 的DSOZ634A示波器，标称最高采样速率160GSa/s，这是什么概念？一秒钟要测量输入信号的电压160000000000次（—干六百亿次），吓不吓人？按照每次采样只产生1字节数据来计算，1秒钟就能产生149 GB的数据，示波器还要对这海量的数据进行分析处理，进行一些数学计算，并将其转化为图形显示出来，149 GB/s数据产生速度对于酷睿i9来说也是一场史诗级的DDoS洪水攻击，所以示波器不仅有速度惊人的ADC器件，还要有运算能力超强的处理器来消化ADC传回的海量数据，这些都是尖端技术能实现这些功能的元器件也自然价格不菲！数字示波器首先将数据存储在高速缓存中，随后CPU会从缓存中提取数据进行分析和显示。大多数高端示波器都配备了ASIC芯片，而是德科技则采用了FPGA等技术。其中，FPGA（ASIC）是较为昂贵的部分，国内目前尚无法生产这种稍高端的产品，预计在相当长的一段时间内都无法实现自主生产。而且，在大多数情况下，所使用的FPGA和ASIC数量都很少。大家应该都听说过流片一次的成本，由此也能大致推算出每个FPGA和ASIC的价格有多高。
通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止，随后，数字示波器重构波形。ADC位数决定示波器最小检测到的电平信号（垂直维度）。每个卖示波器的厂都是从做ADC开始的，贵的原因同样就是设计难，还不外销，量极少。奈奎斯特频率（Nyquist频率）是离散信号系统采样频率的一半，以哈里·奈奎斯特（Harry Nyquist）的名字命名，也称为奈奎斯特-香农采样定理。该采样定理表明，只要离散系统的奈奎斯特频率高于被采样信号的最高频率或带宽，就可以避免混叠现象。
理论上，只要奈奎斯特频率略高于信号带宽（不能相等），就足以通过采样重建原始信号。然而，重建信号需要使用低通滤波器或带通滤波器来滤除奈奎斯特频率以上的高频分量，同时确保奈奎斯特频率以下的信号分量不发生畸变，但实际上这是无法完全实现的。在实际应用中，为了确保抗混叠滤波器的性能，接近奈奎斯特频率的信号分量在采样和重建过程中可能会发生畸变。因此，在实际应用中，信号带宽不能无限接近奈奎斯特频率，具体情况取决于所使用的滤波器性能。
这个滤波器要有好看的频响曲线，还要很精密的且难实现的，高速的前端当然贵。示波器 - 常见问题
什么是示波器？
示波器是一种测试仪器，用于捕获和显示电信号随时间变化的波形图。例如，它可以在其显示屏上绘制电压（y轴）与时间（x轴）的图形。
示波器是设计和测试电子设备的强大工具。它们在判断系统设备组件是否正常工作以及哪些组件发生故障方面起着非常重要的作用。它们还可以帮助您确定新设计的元器件是否能按预期进行工作。这可以通过分析信号参数如幅度、周期、频率、上升时间、脉冲宽度等来完成。现代数字示波器还可以对波形执行数学运算，例如傅里叶变换从而更快完成分析。
示波器有哪些不同类型？
所有现代示波器都是数字存储示波器（DSO），它们使用数字信号处理来捕获和显示模拟信号。如果示波器在数字域中同时观察这些信号能力,它就是混合信号示波器（MSO）。如果示波器内置频谱分析仪功能，它就是混合域示波器（MDO），尽管这种术语不太常见。
示波器的用途是什么？
测试工程师和开发人员在研究和开发、验证、质量保证以及电子系统、电路板和集成电路的故障排除或调试过程中使用示波器来显示、可视化图形和分析电信号。示波器在所有行业的各种应用和技术中发挥关键作用，包括高速数字电子、光通信、射频、电力电子、汽车和航空航天及国防。
示波器是观察、分析或记录电信号行为的关键测试仪器。在电子实验室中，示波器的一些具体用例包括测量电压波形、分析电子信号、检测不需要的噪声和串扰以及评估电力系统中的有害瞬变。
在高速信号分析中，示波器可以通过显示和测量眼图来测量信号完整性，包括眼高和眼宽。混合信号示波器可以通过显示测量的数字信号的逻辑状态和时序来帮助调试数字电路。高级示波器甚至可以帮助模拟理想的参考接收器进行发射机测试，使用光电转换器测量光纤信号，并分析射频信号。
由于其多功能性，示波器根据应用的不同具有许多不同的性能水平和软件功能。它们是电子开发、故障排除和分析中不可或缺的工具。
示波器如何工作？
示波器使用探头连接到电路中的测试点，并放大或衰减该点的电压。之后的信号路径取决于示波器，但一般来说，模拟电路会对信号进行调理，模数转换器将其数字化，以便进一步评估、处理和分析。
示波器和频谱仪有什么区别？
示波器在时域内捕获和显示信号，而频谱分析仪在频域内捕获和显示信号。有时，示波器会内置频谱分析仪功能，方便在时域和频域内分析信号。
如何使用示波器？
市面上有许多品牌和类型的示波器，它们可能看起来各不相同，但大多数都有相同的基本步骤。以下是如何使用示波器的分步指南：
- 连接探头: 将探头连接到示波器的输入通道。确保连接牢固。如果您有衰减探头，可能需要补偿探头，直到获得完美的方波。
- 测试DUT: 通过将探头尖端连接到电路中的感兴趣点并将接地夹连接到DUT上的公共接地点，将探头连接到被测设备（DUT）。
- 调整垂直和水平刻度: 使用示波器控件调整垂直（电压）和水平（时间）刻度。这确保波形在屏幕上正确显示。
- 设置触发器: 使用触发设置来稳定波形。触发器有助于确保信号稳定显示。根据需要调整触发电平和类型。
- 解释波形: 查看屏幕上的波形。x轴代表时间，y轴代表电压。观察信号的形状、频率和幅度。
- 分析波形: 识别任何问题或异常。信号表现是否如预期？是否有噪声尖峰或不规则？排除检测到的任何问题，以确保信号性能准确。您可以使用示波器的功能，如游标和自动测量，来辅助分析。
