模擬帶寬 :決定示波器能處理的信號頻率范圍
采樣速率：決定示波器時間維度（水平）相關測量精度
ADC位數：決定示波器最小檢測到的電平信號（垂直維度）
存儲深度：決定示波器采集信號的時長
觸發功能：決定示波器捕獲目標信號的難易程度
分析能力：決定示波器的功能和工作效率
除了示波器帶寬，其他重要示波器規格
盡管帶寬是最重要的示波器規格，但在選擇和購買示波器時，還應考慮其他一些規格。其中包括：
采樣率–應至少為示波器帶寬的4 倍
存儲器深度–確定被捕獲波形的長度
通道數–大多數示波器都為2通道和4通道型號。但MSO型號增加了其他邏輯定時采集通道，以監視和測試較為復雜的數字信號組。
波形更新率–較快的更新率表示有較快的圖形采集，這將提高示波器捕獲罕見事件的（如毛刺）的可能性。
顯示質量–包括顯示屏大小、分辨率和亮度級數。在查看和憑直覺判斷隨機噪聲和抖動時，亮度級別是示波器顯示質量的重要特性。
高級觸發模式-使示波器可以同步較為復雜的信號，如串行總線信號。
示波器存儲有什么作用？
?每一個采樣點必須存儲到存儲器，以便后續的處理和顯示；
?捕捉更長時間數據意味如果需要保持采樣率就需要保存更多的采樣點；
?示波器的存儲深度是指每個通道可以存儲的數字化的點數；
?更深的存儲深度可以存儲更多的采樣點。
采樣率與存儲深度的關系
慢時基與快時基
能看到波形的細節
仍能夠維持較高的采樣率
能夠維持足夠的系統帶寬
波形捕獲率較慢
按鍵響應時間很慢
波形捕獲的死區時間增加
死區時間的信息被錯過
在捕獲長時間跨度的數據時，如果事后放大查看信號，往往無法獲得所需的精度。許多工程師都面臨這個問題，而“分段存儲”（segmented memory）就是一種簡單的解決方案。讓我們來了解一下這項技術，以及如何更有效地利用示波器的存儲空間。
您是否遇到過這種情況：當試圖捕獲長時間跨度的數據時——比如想要查看 I2C 總線上的 400 個數據包，或者射頻（RF）突發信號中的 350 個脈沖——一旦捕獲了這段長時間的數據并事后放大查看這些脈沖或數據包，卻發現精度遠達不到要求？如果我為了捕獲所有目標數據包而延長示波器的時基（time base），隨后利用縮放功能（zoom gate）放大查看單個數據包或脈沖，就會發現信號發生了失真。這是因為，與觸發并讓單個數據包居中顯示的情況相比，此時每個數據包的采樣率要低得多。您看，如果我減小觀測的時間跨度，雖然能看到豐富的信號細節，但顯然無法同時看到那 400 個目標數據包。這是一個工程師們常遇到的問題，無論示波器的存儲深度有多大，都無法避免。而解決這個問題的簡單方法就是使用“分段存儲”功能。
當觀測的信號包含間隔出現的事件，且您并不特別關心這些事件之間的時間間隔時，分段存儲功能尤為有用。它在測量射頻突發信號、解碼串行總線以及查找重復性信號中的毛刺（glitch）等方面，都是非常有力的工具。
這項技術不僅能讓您在分析目標數據包時獲得更高的精度和采樣率，還能幫助您更有效地利用示波器的存儲空間。如果按照傳統方式使用示波器的存儲器（即不使用此類工具），你會發現，在你想要觀察的各個數據包或脈沖之間，存在著一些你并不關心的“死區時間”或間隔。
假設實際的數據包寬度為 700 納秒（ns），而中間的死區時間約為 4 毫秒（ms）。如果采用傳統方式原樣捕獲信號（即包含所有死區時間），那么大約 99.98% 的存儲空間都會被死區時間占用，而真正值得關注的部分——即數據包和脈沖——僅占用了約 0.0175% 的存儲空間。
這太離譜了！你把所有的存儲空間都浪費在了屏幕上根本不想看的內容上；更糟糕的是，對于你真正想看的部分，你甚至無法獲得足夠的信號細節來進行精確測量。
解決這個問題的一個辦法是購買存儲深度極大的示波器，但這往往價格不菲；而且，即便如此，世界上也沒有哪款示波器擁有足夠的存儲空間，能在最高采樣率下同時在屏幕上顯示一千個數據包。唯有“分段存儲”（Segmented Memory）技術能實現這一點，而且該功能已經集成到了所有的 InfiniiVision 系列示波器中。它允許你在保持最高采樣率的同時捕獲數百個數據包，從而確保獲得盡可能高的信號精度。這個概念可能有些難以理解，我認為最簡單的學習方法就是直接在示波器上進行實際操作。
提高存儲效率的好方法即分段存儲 - 歷史波形模式可以查看超過1024個已采集波形前的出發時間，分段存儲器使示波器可以捕獲5000個未來波形以便進行分析。
分段存儲器能夠：
?能更有效使用示波器的內存
?可以捕捉多個連續的波形段
?可以選擇在沒有信號時不采集
?每個波形段都有精確的時間標簽
如果您需要捕獲的信號是低占空比脈沖或猝發信號，并且信號之間有較長的空閑時間（例如封包串行數據）， 那么配有分段存儲器的示波器可以有效地延長時間并提高以較高采樣率捕獲的串行數據包數量。 所有示波器都具有數量有限的采集存儲器。
存儲器深度確定在使用示波器最高采樣率進行采樣時，能夠捕獲的最長波形。即示波器的存儲器深度決定波形時間和以特定采樣率捕獲到的串行數據包數量。
您可以將示波器的時基設為很慢的時間 / 格設置，以便延長捕獲時間間隔并增 加串行數據包數量；但是當時基設置超出基于最高采樣率下的最大時間間隔時，示波器便會自動降低采樣率。 在這種情況下，示波器無法提供精確的水平和垂直波形細節（基于示波器的指定帶寬和最大采樣率）。
以 Keysight 示波器為例， InfiniiVision 3000系列示波器 和 4000 X 系列示波器的最大存儲深度為 4 M 點，最大采樣率為 5 GSa/s。這意味著在最大采樣率為 5 GSa/s 時，示波器可以捕獲的最大連續時間為 800 μs（捕獲時間 = 存儲深度 / 采樣率）。由于 Keysight 2000 X 系列示波器的最大存儲器深度為 1 M 點，因此在最大采樣率為 2 GSa/s 時，它的最大捕獲時間為 500 μs。
圖 1：連續采集時間取決于示波器存儲深度和采樣率
圖 1 為在最大采樣率下僅捕獲三個窄脈沖的示例。但是，如果需要捕獲并比較 100 個連 續脈沖或猝發信號… 甚至 1,000 個連續脈沖或串行數據包，該怎么辦？ 如果需要捕獲較長時間和更多的串行數據包，同時仍在高采樣率下進行數字化處理，只需 購買配備更深存儲的示波器即可。然而，配有千兆級采集存儲器的示波器非常昂貴。如果 需要采集的信號在重要波形分段（例如低占空比脈沖或串行數據包猝發）之間具有較長的 信號空閑時間，那么具有分段存儲器采集功能的示波器是更為經濟的解決方案。
通過將示波器的可用采集存儲器劃分為較小的存儲器分段，分段存儲采集模式可以有效地 延長示波器的總采集時間。示波器可以在高采樣率下，有選擇性地針對被測波形的重要部 分進行數字化處理（如圖 2 所示）。由此，示波器能夠以極快的重新準備時間捕獲很多 的連續單次波形，同時不會錯過重要的信號信息。
什么是分段存儲采集？
圖 2：通過將示波器的可用采集存儲器劃分為較小的分段，分段存儲器能夠優化捕獲時間
執行分段存儲采樣后，您可以在無限余輝顯示屏中輕松查看所有捕獲到的波形（重疊顯示）， 并快速滾動查看每個獨立的波形分段。對于串行總線應用，示波器還可以自動對每個已捕 獲的數據包 / 分段進行協議解碼。盡管示波器并沒有針對每個分段間的大部分信號靜寂 / 空閑時間進行捕獲，但是它為每個分段提供時間標簽，使您能夠了解所捕獲的每個脈沖、 猝發或串行數據包之間的精準時間間隔。
此類示波器采樣的常見測量應用包括高能物理測量、激光脈沖測量、雷達猝發測量和封包 串行總線測量。首先展示一個使用分段存儲采集功能來捕獲一系列極低占空比激光脈沖的 傳統實例。隨后再展示一項較為常見但是大家理解并不深的應用——通過分段存儲采集對 串行總線活動進行連續或有選擇地數據包捕獲。
分段存儲采集模式有何用途？
示波器的分段存儲功能允許將采集存儲器劃分為若干等長的子記錄，這些子記錄的總長度等于示波器的完整存儲深度。該功能特別適用于涉及由“死區時間”分隔的多個數據突發（burst）的應用場景，因為它僅在觸發事件發生后才捕獲子記錄，從而最大程度地利用了示波器的存儲深度。
在分段存儲功能出現之前，若要實時采集并存儲連續觸發事件產生的數據，最佳方法是將每次觸發采集的數據保存到示波器的硬盤中。然而，將每個波形保存到硬盤所需的時間嚴重限制了整體吞吐量。
采用分段存儲技術后，示波器利用高速采集存儲器（而非硬盤）來存儲每個波形。這不僅大幅提高了吞吐量，還將周期之間的死區時間降至最低。
傳統的分段存儲應用
示波器分段存儲采集的一個傳統應用是捕獲在高能物理（HEP）實驗中產生的電脈沖，例 如捕獲和分析激光脈沖。
除了能夠在無限余輝顯示屏中查看所有捕獲脈沖外，您還可以單獨查看每個捕獲到的脈沖， 以執行更詳細的分析。
請注意，如示波器顯示器左下角的分段時間標簽所示，第 1000 個捕獲到的脈沖在第一個 捕獲脈沖之后 133.693 ms 時出現。使用傳統示波器以 5 GSa/s 的采樣率捕獲在此時間內 出現的脈沖，需要 600 M 點的存儲深度。如果這些激光脈沖間隔為 10 ms，那么在 10 秒連續采集時間（1000 x 10 ms = 10 s）內所捕獲的數據需要 50 G 點以上的存儲深度。可 惜目前市場上的示波器還不具備如此大的存儲深度。即便您找到了符合要求的型號，也會對它的高價位望而卻步！但是如果使用分段存儲器，由于它只選擇性地捕獲每個脈沖 周圍一小段時間內的信號，而在信號空閑時間內關閉示波器的數字轉換器，所以 Keysight InfiniiVision 示波器能夠憑借其可用的采集存儲器，以更合理的價格輕松地捕獲這么多的 信息。
類似的高能物理應用包括測量由圍繞環形加速器飛行的亞原子粒子所生成的信號的能量和 脈沖形狀（粒子物理）。假設亞原子粒子以接近光速（299,792,458 m/s）的速度沿著 3 km 長的環形加速器飛行，在這個 3 km 環上某個位置的單個檢測器大約每 10 μs 產生一次 電脈沖。借助分段存儲器采集，您可以輕松地捕獲、比較和分析由這些具有精確時間標記 的亞原子粒子所生成的連續脈沖。
封包串行總線應用
分段存儲采集通過有選擇地忽略（非數字化）數據包之間不重要的空閑時間，可優化連續 捕獲的串行數據包 / 幀的數量。盡管以往并未提及，但是這種功能同樣適合封包串行總線 測量。此外，分段存儲器還可用于捕獲具有特定 ID 或地址的選定數據包 / 幀，并忽略其 他的數據包和信號空閑時間。可用分段存儲優化捕獲的數據包 / 幀數量的常見串行總線包 括 I2 C、SPI、RS-232/UART、USB、CAN、CAN FD、LIN、FlexRay、SENT、I2S、ARINC 429 和 MIL-STD 1553。
為了說明分段存儲如何加強串行總線測量，我們以 Keysight InfiniiVision 4000 X 系列示波 器中的汽車 CAN 總線測量應用為例。請記住，這個 CAN 總線應用的理念也適用于其他串 行總線協議應用，例如 I2 C、SPI、UART 等。
圖 4 顯示了使用示波器設置為每個起始幀觸發條件進行的 CAN 總 線測量。在啟動分段存儲器采集模式時使用此觸發條件，示波器 可以在 2.385 秒內輕松捕獲 1,000 個連續的 CAN 幀采集到這 1,000 個分段 /CAN 幀后，我們可以通過滾屏輕松查看所有幀，并查找每 個幀中的任何異常或錯誤。此外，我們還可以使用分段存儲器的時 間標記，很輕松地進行幀與幀之間的延遲時間測量。
在起始幀（SOF）觸發條件下捕獲了 1,000 個連續的 CAN 幀后， 您可能注意到某一個特定幀 ID（例如數據幀 07F）有些異常。只 有在生成 07F 數據幀時，才能夠進一步地分析 CAN 串行總線活動。 可將示波器的觸發條件從在 SOF（起始幀）上觸發改為在 ID: 07F 上觸發，以便有選擇地捕獲 1,000 個幀 ID: 07F 的連續事件（如圖 5 所示）。在本例中，示波器捕獲了近 20 秒的時間間隔。請注意 示波器的協議列表 / 表格顯示，每個捕獲的幀都具有相同的幀 ID: 07F。另外，示波器在分段 996 中捕獲了一個錯誤幀（以紅色突出 顯示），這個幀是在第一個捕獲幀 / 分段的 19.02 秒之后出現的。
CAN 串行總線調試過程的第二步是將示波器設置為有選擇地捕獲 所有標記錯誤幀的連續事件，不必考慮幀 ID。為此，我們要將示 波器的觸發條件從在數據幀 ID: 07F 上觸發改為在錯誤幀上觸發。 由于錯誤幀非常少見，我們要把待捕獲的分段數量由 1,000 個改為 100 個。
在圖 6 中，示波器在大約 12.5 秒的時間內捕獲了 100 個連續 CAN 錯誤幀。從協議列表中可以看到錯誤幀僅在 ID 為 07F、0BD、000 的幀中出現。另請注意，分段 98（幀 ID: 07F）在放大的波形顯示 中可以看到，在幀的末端有一個窄毛刺信號。或許，這個毛刺就是 造成幀 ID: 07F 中時而產生錯誤幀的問題根源。
段存儲采集的應用范圍日益廣泛，不再是僅與特定應用（高能物理實驗）有關的特殊示波器功能。目前，很多數字存儲示波器均采 用分段存儲器采集功能。分段存儲器采集可以優化示波器的可用采集存儲器，以便有效地延長示波器單次采集的時間間隔。與串行總線協議的解碼和觸發結合使用時，該采集模式能夠更高效地調試串行總線應用。
1 確保您的兩個示波器探頭始終分別連接到標記為 Demo1 和 Demo2 的端子與通道 1 和通道 2 輸入 BNC 之間。
2 按下示波器前面板上的 [默認設置]。
3 按 [幫助]，然后按培訓信號軟鍵。
4 使用 Entry 旋鈕選擇“RF 猝發”信號，然后按下輸出軟鍵將其打開。
5 將通道 1 的 V/div 設置設為 500.0 mV/div。
6 將示波器的時基設置為 200.00 ns/div。
7 將示波器的觸發電平設置為約 +700 mV（約在中心屏幕上 1.5 格）。
8 按 [亮度] 按鈕 （位于 Entry 旋鈕下方），然后使用 Entry 旋鈕將波形軌跡亮度設置為 100%。 您應該看到與圖 9 所示內容類似的正弦波單個猝發。現在，讓我們在嘗試捕獲其中的多個猝發時重新標定時基。
圖9. 以 200.0 ns/div 的時基捕獲和顯示 RF 猝發
9 如果您使用的是InfiniiVision 2000 X 系列示波器（型號顯示在示波器顯示屏上方），請將示波器的時基設置為 1.000 ms/div。
10 如果您使用的是InfiniiVision 3000T X 系列示波器，請將示波器的時基設置為 10.000 ms/div。 嘗試捕獲以 4.0 ms 為間隔的多個 RF 猝發時，示波器將執行欠采樣并顯示信號的不同振幅，如圖 10 所示。
重申一下，這是因為示波器會自動降低其采樣率，以便用有限的采集存儲器容量捕獲更長的時間跨度（InfiniiVision 3000T X 系列示波器比InfiniiVision 2000 X 系列示波器器具有的存儲器容量更大）。現在，讓我們放大并更近地查看此欠采樣數據。
圖10. 使用較慢的時基設置捕獲多個 RF 猝發波形
11 按 [運行／停止] 以停止重復采集 （[運行／停止] 鍵將變為紅色）。
12 立即將示波器的時基設置為 200.0 ns/div。 以較慢的時基設置采集波形后，隨后放大，我們可以清楚地看到已對波形進行了欠采樣，正如圖11 中顯示的矩形波形證實的那樣。請記住，這應該為正弦波的猝發。
圖11. 放大后可以展現欠采樣波形
盡管使用示波器的“峰值檢測”模式可以更準確地測量每個猝發 （以較低時基設置捕獲時）的峰值振幅 (圖 10)，但是在存儲的軌跡上放大后，我們會看到波形仍然處于欠采樣狀態。另一種解決方案是購買存儲器更深的示波器。但是，更深的存儲器通常意味著更多的花費。現在，讓我們使用示波器的“分段存儲器”采集模式來捕獲具有高分辨率的多個猝發。
13 按 [運行／停止]，在時基仍設置為 200.0 ns/div 的情況下再次開始重復采集（[運行／停止] 應變為綠色）。
14 按 [采集] 前面板鍵（光標旋鈕旁邊），然后按分段軟鍵（只有在許可具備 SGM 選件時才可用）。
15 旋轉 Entry 旋鈕直到段數 = 25。
16 立即按分段軟鍵，以啟用此采集模式。 示波器剛剛捕獲了此猝發的 25 個相繼出現的實例。讓我們來查看一下。
17 按當前段軟鍵，然后旋轉 Entry 旋鈕以查看所有 25 個波形。
18 立即使用 Entry 旋鈕設置當前段 = 25（上次捕獲的段／波形）。
示波器在捕獲連續的低占空比信號猝發的同時，還在每個段／波形上“做時間標記”，以便您可以知道每個捕獲段／波形相對于第一個捕獲段／波形的時間。時間標記顯示在顯示屏的左下角。段 #25 的時間標記應約為 96 ms，而且具有時間戳，如圖 12 所示。捕獲的波形還應具有非常高的分辨率，因為示波器使用其最大采樣率捕獲每個波形。如果之前您已嘗試使用示波器的“正常”采集模式捕獲約100 ms (10 ms/div) 的時間跨度，則示波器會顯著降低其采樣率，因而會在每個猝發上提供極差的采樣分辨率。
圖 12. 使用分段存儲器采集捕獲更多具有高分辨率的波形
請注意，我們能夠以極高的精度捕獲這些脈沖，這是因為我們調整了時基并使用了盡可能高的采樣率。這遠優于傳統的測試方法。由此可見，該工具功能強大，能助您更深入地洞察設計細節——既能分析極長的時間跨度，又能保持極高的測量精度。
分段存儲不僅具備上述各項優勢，還能顯著縮短測試時間，提高工作效率。您可以快速、輕松地逐一瀏覽這些數據包，并分析其中的數據及實時標簽，而不必在那些無效的空閑時間段上浪費精力。
分段存儲器采集只需捕獲信號 （在這種情況下為短正弦波猝發）小部分 （或段）的波形數據即可優化示波器采集存儲器。示波器不會捕獲每個猝發之間不重要的信號靜寂時間。對于捕獲數字數據的串行數據包而言，分段存儲器采集也會是一個非常有用的工具。
本文內容為原創。未經同意，請勿轉發。
