示波器是我們工程師的眼睛，首先我們要知道被我們“眼睛”觀察的對象 - 電信號是什么？都有哪些不同的形式？就像我們?nèi)诉€需要用“大腦”對“眼睛”看到的現(xiàn)象做分析，我們也需要對用示波器看到的電信號做分析，進(jìn)而判斷出電路的性質(zhì)，這就要求我們知道不同的電信號各有哪些典型特征？了解了這些，我們才可以通過現(xiàn)象看本質(zhì)。

這是一個典型的電子產(chǎn)品系統(tǒng)：

在這個系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都是通過電信號來表達(dá)和傳遞信息：

在A/D之前，電信號是以連續(xù)的模擬量的方式存在?- 它的幅度和頻率都在傳遞信息，在A/D之后，電信號以分立的數(shù)字量的方式存在。

作為一個“診斷”電信號的儀器，示波器主要通過對比信號源的某種信號經(jīng)過“待測設(shè)備（DUT）”之后的形態(tài)和不經(jīng)過這個待測設(shè)備的形態(tài)之間的差異?- 比如某些成分的幅度發(fā)生了變化、相位/頻率發(fā)生了變化，進(jìn)而判斷“待測設(shè)備”是否工作正常，以及定標(biāo)待測設(shè)備究竟會起到什么作用。

因此，信號源也是測試測量系統(tǒng)的必備，即便平時在我們的測試中沒有用到信號源，實際上我們也是假設(shè)了已經(jīng)有信號源的存在，比如檢測時鐘是否工作正常，信號源已經(jīng)在PCB板上；檢測3.3V的電源電壓是否正常，是否有紋波，信號源就是那個能夠產(chǎn)生3.3V電壓的LDO或開關(guān)穩(wěn)壓器。

當(dāng)然，多數(shù)情況下我們需要對被測試的電路提供一個激勵信號，比如：

提供模擬波形 - 正弦波（最常用）、三角波、方波

某種模式的數(shù)字信號

調(diào)制信號

刻意產(chǎn)生的噪聲

通過這些激勵信號能夠：

檢查每一級電路的增益、頻率響應(yīng)，對接收端進(jìn)行校準(zhǔn)

提供用于測試電路的各種波形，一般來講都是低功率的

驗證（ Verification） - 分析數(shù)字調(diào)制

定標(biāo)（Characterization）- 測試D/A和A/D轉(zhuǎn)換器

壓力/臨界點(diǎn) 測試 - 通信接收機(jī)的壓力測試

其實原理非常簡單，下面的一張圖就能直觀表達(dá)出來：

信號源提供一個單頻的電信號送給被測試的電路網(wǎng)絡(luò)，用示波器觀察經(jīng)過這個網(wǎng)絡(luò)以后的電信號，跟信號源的激勵信號對比，就可以分析出被測電路的特性，單頻的電信號只有兩個參量 -?電壓和相位（或頻率），通過計算這兩個參量的變化就可以推算出電路中的阻抗、感抗、容抗，而使用不同頻率、不同幅度的信號就能夠分析出被測的電路網(wǎng)絡(luò)的全貌 - 對整個頻段的響應(yīng)、對不同大小信號的反應(yīng)。

比如，將一個理想的方波信號送到一個電路網(wǎng)絡(luò)，在示波器上可以看到下面的波形，我們通過波形的形狀就可以分析出電路的特性：

不同特性的電路網(wǎng)絡(luò)對理想方波信號的響應(yīng)

不同的波形揭示了電路的不同特性

任何實際的電信號都是多種頻率電信號的疊加：

我們在時域上看到的非正弦波形的信號，以及那些不規(guī)則波形的信號，都可以分解成多個不同幅度的單頻正弦波信號的疊加 - 感謝傅立葉！

方波信號的構(gòu)成

因此，對采集到的電信號進(jìn)行FFT變換，從頻域?qū)﹄娦盘栠M(jìn)行觀察和分析也成了示波器的標(biāo)配分析功能，雖然簡單的FFT變換相對于專業(yè)的頻譜分析儀顯得很初級，但它畢竟是一種性價比非常高的觀察方式。

無論示波器的FFT還是專業(yè)的頻譜儀，只是把一根根譜線給我們顯示出來了，如何解讀還需要工程師自己的“大腦”，當(dāng)然是基于對信號的理解，比如下圖中的多個譜線來源于電路的不同特性，從每個譜線的大小就可以判斷電路是否存在串?dāng)_、失真、電源噪聲等，往往通過示波器的時域波形很難判斷出來，因為它們都疊加在一起，一粒芝麻粘在西瓜皮上是很難分辨出來的。

我們做研究最重要的是化繁為簡，剛才講過無論多復(fù)雜、多奇怪的電信號波形，我們都可以把它們分解成多個單頻信號，而每個單頻信號都可以用下面的幾個特征參量來表示：

對于脈沖信號，其特征：

上升時間：脈沖邊沿從低電平到高電平的時間

下降時間：脈沖邊沿從高電平到低電平的時間

脈沖寬度：脈沖從低到高，再從高到低的時間，以全電壓的50%為測量基準(zhǔn)

脈沖信號占空比/延時

信號幅度特征：

參數(shù)：

幅度 - 準(zhǔn)確度、調(diào)節(jié)的分辨率

動態(tài)范圍 - 從最小信號到最大信號的跨度（dB）

直流偏移 - 在交流信號上疊加的直流分量

輸出阻抗 - 一般為50

與幅度測量相關(guān)的一些指標(biāo)：

與信號時間特性相關(guān)的一些指標(biāo)：周期/頻率/相位

頻率范圍

頻率準(zhǔn)確度

頻率穩(wěn)定度

可調(diào)頻率精度

信號時間特性-相位

信號的差分傳輸：

差分信號抗共模干擾能力強(qiáng)，

但要注意走線，否則會導(dǎo)致脈沖噪聲

我們也會測試一些復(fù)合信號：

調(diào)制波形：

模擬調(diào)制

數(shù)字調(diào)制

脈寬調(diào)制

正交調(diào)制

數(shù)字模式和格式

偽隨機(jī)數(shù)據(jù)流

以上簡單總結(jié)了一下我們用示波器觀察的常用的電信號的主要參數(shù)以及類型，在下一節(jié)的課程中，我們來看一下一個能夠觀測這些信號的標(biāo)準(zhǔn)的示波器是如何構(gòu)成的？

一部精品課，學(xué)到嵌入式系統(tǒng)的精髓 + 理解測試測量的核心概念！