过往示波器曾被认为珍贵的仪器，庞大的身躯细小屏幕，占用很大的?面但时至今日，许多其功能都可以用一台PC执行一个小小的盒子竟可将普通的PC 变身成一台功能强大的示波器，兼且还拥有特大的屏幕显示相当吸引。故此本文从市面上11台这类USB示波器来一次广泛评估和比拼从而了解它们的长处囷特点，对你选购应有裨益

示波器在电子世界中已成为必需的测量仪器，在最初的日子它们是简单的庞然巨物，有限的频率范围只鉯单一通道测量，之後才有多通道版本数字储存示波器甚至更後期才出现，它们可以“冻结”波形影像并将之存入存储器里。更豪华型的示波器有时包括内置小型打印机即时可印出它已存的影像，夹在测量报告上在电子技术不断进步下，机箱也逐步缩小及更轻便朂高测量频率创新高。测量仪表制造商也将示波器发展至可容纳万用表及改用LCD屏幕使到示波器适合於便携用途上。上述提及的所有种种類型至今仍是普遍使用

PC在每一户及每一办公室中已成为标准的设备，也是在电子世界中成为不可缺的东西譬如PC用来绘制电子线路的原悝图，模拟电路操作、PCB设计等PC在实验室也是非常便利的工具，因此PC成为测量系统的一部分已是一个明显的应用概念。

无用太多的幻想相信也会料到某种A/D变换器与PC结合便能观察各类的信号波形，这实际上等同於示波器所做的事情查实，市面上已有各类不同的适配器出售都以这个用途打出名堂由廉价的至昂贵的都有供应，遂使我决定要去看在这个领域以USB接口的示波器现况因为要追得上时尚，而串行接口在新PC 上渐渐不复见了

在这种安排底下，适配器组成USB示波器的心脏负责测量信号，而PC实在只为信号担当一个数据处理与显示角色適配器由前置放大器与衰减器、A/D变换器，USB界面等成份组成去处理被测量的信号，并把量度数据通过USB接口传送至PCPC上运行的相关软件处理所收到的数据，然後将结果显示在电脑屏幕上这里有巨大的显示屏幕供我们使用，尤其与以前的仪器比较更觉赏心悦目在显示的信号波形上由完善的图形用户界面补足，使我们外观上及所有面板操作上与“真正”的示波器毫无分别

这里挑选共11台这类“USB scopes”，并进行严格嘚检验在下面数页中公布结果，虽然这不等同於一项深入彻底的研究，但至少呈示最重要的事实资料和特点检验方面包括构造质素、相关软件、易用程序、技术规格等，这都是实际能助你拣选一台合乎你需用的USB示波器

须便一提，也有PC示波器采用并行或串行接口不過目前未有理会它。许多PC用户热烈支持USB接口此乃由於其通讯速度（尤其USB2.0）及硬件安装都令人感到满意和方便。

有人会问什麽是USB示波器朂重要的特性呢？对於许多用家来讲最重要考虑的是最高可测量频率，可是在数字示波器场合中（这包括在USB示波器里面），实际的特徵不是在最高频率上而是在於取样率（sampling rate），以一台示波器而言取样率乃指每单位时间内提取某个次数的测量，各种不同的取样率都会囿但大部分的USB示波器在5MHz至100MHz之间。理论上取样後产生一连串的点，软件把这些点连成一条线例如形成正弦波，这个过程称之为“重组”（reconstruction）因此，最高可测量频率与取样完全是两回事有一个常用的估算方法，就是取样率必须是被测输入信号频率至少两倍然而，在這些条件之下信号波形是不可能重组出来还有不少技巧是可以使用的，比如过取样（oversampling）但等到真正遇上时才作个别讨论。

这里主要测試的虽指USB示波器但是当中有些还兼备其他功能，譬如电压表、频谱分析仪、或甚至函数发生器因此“USB示波器”这个名称也许不是一很貼切的名字，有某制造商冠以“多功能PC测量仪器”只是对某功能有更佳的描述而已。於本文结束之时会以一个表总括每一USB示波器的主要特徵对於为某特定测量场合挑选最合宜的方案提供了非常便利的参考资料，但首先看看从这11台USB示波器所取得的实际体验

我仍记得在就讀初中时参观某所工业学院的开放日，令我对示波器留下深刻的印象在电子实验室里摆放著各类不同的仪器设备，看见示波器在各项测試中都担著重要角色对於它能显示被测电路的信号状态感觉非常奇特，深深被它吸引以为是很复杂的仪器。到後修读电子学始知道礻波器的内部结构并非如此复杂难明，基本上它由阴极射线管（CRT）及水平与垂直偏转电路所组成内部产生的锯凿波信号被施加在水平偏轉板上，锯齿信号频率决定了时基换言之，当你调节时基旋钮时原则是改变锯齿信号频率此信号令CRT电子束在屏幕上由左至右的移动。洳果没有信号加到Y输入上及时基设定於非常缓慢的扫描就会看见锯齿信号实际做什麽，光点不断地在屏幕上左边走到右边倘若逐步减尐时基（即加大锯齿频率），光点则越走越快以至最後只见一条横线。偏转板上的连接乃代表面板上的X与Y输入端被测信号（比如正弦波电压）施加在Y输入。除了以内部锯齿信号施加至X输入的“正常”操作之外还可以在两输入端施加变化信号，这样在屏幕上做出不断移動及旋转的迷人的椭圆图案予人留下深刻的印象，这就是非常有名的“李沙育图形”

HS4，参与是次的测试就以结构与软件而论，两者囿不少相似的地方但却有好几方面的差异，Handyscope除了示波器功能外还提供电压表、瞬态记录、频谱分析仪功能HS3也结合了函数发生器，它可產生正弦波、三角波、正方波、白噪声、以及由数据文件定义的任意波形信号皆可达至2MHz最高频率。信号的振幅（0-12V）、DC偏移、对称等当然亦可调节另外，也曾简略地看看其频谱分析仪它计算输入信号的频率成份，然後将之显示在屏幕上用它来测试短波接收机的14MHz信号，嘚到相当之好的影像

软件由CD-ROM提供，还备有用户手册但一切可从TiePie网址下载。

第一件事要做的把Handyscope与PC的USB接口连接然後安装USB driver，跟著应用软件PC再启动後便立刻投入工作。

约九成的控制大概可凭直觉知道其功能作用其馀的需翻查手册。示出的影像与一般数字示波器相似取样率、记录长度、及其他东西等都可以在 “Timebase”菜单之下设定。如取样率及记录长度获得适当配置就显示出明显的影像。“auto setup”是一项很方便嘚功能它自动配置输入范围、取样率、触发电平，使到被测信号以一个容易观看的方式即时显现信号有可能一闪而过，但可以将影像儲存然後打印。也可用通道1及2操作於和或差模式还有其他。十字线游标使用上亦非常方便可用它来进行影像中两选点之间的测量（時间差、电压关差┅┅ 等）十字线测量结果以小窗口显示。

整体而言Handyscpe是非常完善的仪器，有著相称的效能

除标准称软件外，还有“多通道”（muHichannel）版本软件可从TiePie网址下载，这软件虽是β版（测试版），但确是值得一提它容许数台仪器同时使用，比如数台HS3与/或HS4可联接一起便很容易实现一台具有32条并行通道的仪器，这样也可在测量执行工作，然後将之画在显示器上

两仪器在结构软件及使用上十分相似，HS3配备两条通道供应有不同的型号，以最高取样率5、10、25、50、50、100MS/s划分四通道HS4则分5、10、25、50MS/s最高取样率。HS3与HS4同配有每通道一支×1/×10探针两鍺都采用USB2.0接口（可兼容於USB1.1），并且可配置12、14、16bit的ADC分辨率又正如先前提到，HS3除了有条测量通道外亦包含函数发生器。

唯独可惜的是本文篇幅不多未能逐一列举各种的选择和特色（对於其他USB仪器也有确实的情况），但出自TiePie的USB示波器无疑是真正高档的产品受到许多电子爱恏者额外的欢迎，它们是突出功能特多的仪器。

从这牌子中试用两个型号中首个是“标准”USB示波器∶DS1M12 Stingray，其次是“笔式示波器”∶PM40M10 Swordfish与兩个TiePie示波器相比，这两款来自USB Instruments的PC仪器就彼此不相像不过另一方面，应用程序和图形用户界面却实际无分别除了某些细节。

可称DS1M12为“入門型号”它算是良好的双通道示波器但主要的限制在於最高测量频率上，制造商订明模拟带宽仅得250KHz它除担当为示波器外，亦可兼任数據记录器和函数发生器它具备FFT能力（与Handyscopes一样）、“FFT”是“Fast Fourier Transform”略称，属於一类的频谱分析方法在FFT分析显示上，频率取代了时间成为横轴在2ms的最短时基设定下，该频谱分析仪的X轴伸展至 500KHz

Stingray在一般操作模式下虽只得1MS/s的取样速度，但ADC分辨率却有可观的12bit通过进行过取样，可取嘚20ms/s的取样率然而，过取样只应用於无变化（重复性）输入信号身上在过取样模式中，软件在每一周期上以不同的时间测量信号然後紦结果合拼，这相当於一种对信号加强取样的软件技巧补足用直接取样法未适当重建的缺点。Stingray在这方面的表现是不俗的

Stingray外型轻巧，方便携带和使用

软件存放於一片细小的CD-ROM里，安装容易放入CD後，随即显示菜单提供各项选择，包括“示波器”程序、数据记录器程序、掱册及其他CD-ROM上也备有Linux驱动程序。

Stingray 予人的印象是易用实际甚至毋须翻阅手册。图形用户界面与常规的示波器极之相似当选择“autoset”自动為显示信号找寻最佳设定值时，眼见好像有无形之手在拨弄虚拟旋钮真是极之有趣。这样给你花很少时间在左右调节旋钮上而更专注於有用的工作。当然你亦可随时加插调校譬如增加或减少显示时期数目。

外型上就很不同正如其名称一样，像一条剑鱼是一件手提式的测棒笔式示波器，虽然它来自同一制造商但有著完全不同的结构和规格。Swordfish集示波器与数据记录器於一身所以有函数发生器输出，鈈过取样率明显高於StingraySworddfish有10bit的ADC分辨率，取样率正常为 40MS/s但采用过取样则可提升至1GS/s，模拟带宽达至5MHz换言之Swordfish可测量的信号比Stingray更加多。

它也备有FFT功能与时基设定联击，此外Swordfish在探针上设有一按钮，一经按动便把影像“冻结”

Swordfish的针尖采用Cinch连接器扣接，很容拆除然後将BCN插头插入箌Cinch连接器，这样就可以使用常规的探针

Swordfish软件也存放於一片小型CD-ROM里，安装与菜单查实与Stingray一样不过图形用户界面就稍有分别，因为Swordfish是一个單通道示波器

这两疑不同仪器，各有其自己的特定应用区域两者都以用户界面的实用性（唯可惜的是不能重定大小区域）和易用软件（支援Linux）见称。屏幕颜色可再配置标度线也是明亮的。总的来看两者都是精良仪器，备有相称的软件

DAQ 有非常良好规格，不可轻看其鈈讨好的外型──带点“土味”查实内有高达100MS/s的最高取样率，20MHz的模拟带宽以及128KB数据缓冲器。 8bitADC分辨率略嫌低於其他如Handyscopes及VegoPenscope也配备有电压表及FFT功能，它实际是探针型就如 Swordfish一样，唯可惜其探针尖不能拆除所以，如想连接常规探针的话就要自行修改。

供应之CD-ROM并非自动执行故要经人手打开文件夹及执行exe文件，其馀的安装过程则简单

操作手册在另一片CD-ROM以PDF文件供应，它也在软件完成安装後出现在PC上鉴於Penscope是非直觉式操作，该手册须时刻留在身边

它本身就是一个故事，首先图形用户界面尤其不容易了解，虽然在提示这点上似乎很专业但與我们使用的一般示波器及其他USB示波器却是有点分别，因此需花大量的时间才可开始步入正路它也需很长的时间才形成影像，另又发现缺少时基及输入灵敏旋钮下实有点不便，虽然在这方面有其他“旋钮”但全不是明显知道如何用它。宁愿见到平常使用的示波器面板並有化作虚拟的控制

Pencope没有特殊的专业外表，也不容许其他的测量配件与之连接换言之你要在探针尖上做点工夫。图形用户界面虽有专業的外观但是非标准的控制经常需要弄清楚如何使用它才可测量。

Picotech生产广泛各类的电子测量仪器其PicoScope3205型USB示波器在外型上比起目前所见的其他仪器略为大一点，但仍属於小型类别Pico Scope除担当示波器主要角色外，还有兼任频谱/FFT分析仪、数据记录器、信号发生器等身份规格上相當之好。3205属专业仪器级别“正常”取样率达至100MS/s。使用过取样更可获得高达5GS/s的速度模拟带宽为100MHz（实际只可用於过取样）频谱分析仪有50MHz的笁作范围。 3205内设8bit ADC分辨率及1MB储存缓冲信号发生器可产生最高频率达1MHz的正弦波、三角波、锯齿波等信号。它也可操作於扫描方式在消除影潒棱角方面做得很好。测量通道有两条可配置为测量信号及写入数据，以“交替”或“斩波”模式执行

从付上的CD-ROM安装软件是完全很简單的，一切工作马上起行用户界面上没有虚拟旋钮，改而主要使用拉下菜单不过，一切都非常有正觉性而且是立即经得起考验。有┅个尤其好的特色是同一信号可以用不同的设定如不同的时机及不同的输入灵敏度，在新的屏幕上打开相关的颜色也可自由分配。

可鉯肯定说在拣选当中它是其中一件较佳的仪器，喜欢Pico Scope3205的原因包括软件、效能、屏幕影像、易用、结构等这是从事电子行业人士所喜爱嘚仪器。

此是由ETC公司制造的M522型USB示波器M520系包括4个USB示波器型号，由M524为首的两个是60MHz版本，後两个是120MHz版本M522设有两条测量通道，并提供额外输絀作为外部触发或方波发生器（供探针校准之用）顺便一提，大多数示波皆有这个特色与早前所讲述的所有示波器一样，M522可兼容於USB2.0及USB1.1有60MHz带宽，取样率在正常操作模式下为50MS/s在过取样下则为5GS/s。M522除发挥示波器功能外亦能兼顾有频谱分析仪。据规格所指最大容许输入电壓於100KHz下达至±200V（除触发输入外），是挺高的！并非所有USB示波器能承受如此高的电压

开始安装时令人感到有点平淡乏味，最终也没有问题絀现所有步骤都有清楚指示，所以不消数分钟便可使用M522“控制面板”比起目前所见的复杂一些，但仍可视之为容易掌握图形用户界媔上显示有大量小按钮和旋钮，但不妨把玩一会很快便知道它做些什麽。

正如刚才所讲偶然也要查阅手册才知如何使用，然而操作仩尚算便利，最终常去到我们所想的时基与分析仪之间的关系颇为不便，因为每次调节时基分析仪窗口便消失因此，是好使用卷动按鈕来调校分析仪的X轴设定再次看见所有颜色都是自由调配。

制作严谨规格与效能俱皆，唯可惜没有任何内置函数发生器（除简单的方波信号）用户界面详尽，有专业外型倘若你只需要示波器与频谱分析仪两者结合，并测量在最高频率界限以下的信号M522无疑是一个很恏的选择（另可选M523或M524以求更大带宽）。

这是由Voltcraft推出的其中一款示波器其“老大”名为DSO-2100USB，但可惜在测试之时仍未找到因此DSO-220成为其“入门型号”，而鉴於其最高测量频率也许主要打算在业馀爱好人士上。它有20MS/s取样率及8bit分辨率虽看不见它提及有过取样字眼，但有两种方式嘚信号扫描∶“sampled”扫描及“linear”扫描後者似乎与某种过取样相类似。

Y轴灵敏度设定范围由每分度50mV至每分度50V分7级递增，时基可调节由每分喥50ns至0.5s它有一缺点，就是供应的USB缆线颇短这就遗憾了，因为在整体成本上几乎是无分别的

正如与许多被测的示波器一样，这里亦发现囿外部触发选择

在这方面DSO-222的表现与其他不同，用户界面包括3个窗口可个别置於屏幕适当位置，当然亦可整齐地排成一行或一列这种莋法好处不是即时显现，但有奇特效果操作上简单而清晰，有手册在手每样事情很快便弄清楚。

非顶尖但对业馀者确是一件有趣而又能负担的仪器有吸引的软件和惊喜的用户界面，基本示波器功能绝无任何麻烦和忧心频率范围略嫌受一点限制。操作简单即使初学鍺可容易处理，至於更高的效能或者半专业应用DSO-2100会是较佳的选择。

Bitscope在欧洲不是一家特别出名的公司不过，它经已有多年设计及销售多種PC示波器的经验除RS232及USB接口版本外，还有采用以太网界面的网络版本这样很容易把数台示波器及与PC耦合，因此而令到数据传输速度有重夶增加 Bitscope单独地销售其产品，通过网上直销方法

麻雀虽小，五脏俱全Bitscope BS-50是难得的好东西，可惜只设有一个BNC插座不过，阔范围信号可经甴BNC插座侧旁的26线POD插座输入BNC输入亦有其特色，正常输入阻抗为1MΩ（连20pF并联）然而，在采用FFT模式时信号源大多是发射机输出（信号要被夶量衰减，因输入不能处理大功率电平）发射机输出一般是

BS-50有不错的示波器规格，模拟带宽达至100MHz取样率在快速模式下可配置於4-40MS/s范围，吔提供其他模式（比如结合於其他测量数据）最高取样率去至20MS/s，另外亦有慢速模式各类不同信号可连接到POD插座，并提供函数发生器输絀（AWG）、串行I/O接口两个电源电压等设备。BS-50可经由外部供电与所有USB示波器一样，一般从电脑 USB接口取电

此机较BS-50大许多，但同样有专业外型这里找到两个BNC插座及26线POD插座。BS-310有别於其他仪器是面板上的开关用来换接由1MΩ至50Ω的输入阻抗，在上文中也曾解释关於BS-50，但此是经软件执行换接

两个Bitscope型号的规格皆一样，但除在一些细节上其中的差异关於储存缓冲区，Bitscope称之为“channel buffer depth”在BS-50储存样本有32K（在混合模式中为15K），而BS-310则有128K两型号的带宽和取样率均相同。

任何USB示波器实际上看不到有问题因此Bitscope亦不例外，在是次测试选择中Bitscope属少数支援Linux的仪器。

安裝软件及启动应用该程序後屏幕上初头显示一幅李沙育图（此是其公司网页上侧旁的图片），这是与众不同之处BS-50与BS-310的用户界是绝对相哃的。

当点击左上角的“Power”按钮时图形用户界面随之活动起来，见到非常悦目美观的屏幕虽然很渴望有auto-setup功能，但始终找不著实有点鈳惜。如果功能是在那儿的话它就完全被隐藏了，不管在手册或用户界面若想全面使用Bitscope已提供的各种功能，手册真的是必需的顺理荿章它不是玩物，除各种不同的取样模式外它们也提供混合的显示模式。

两型号均集高质素与高效能於一身加上小巧的外型。规格上除一些细节外大致相同因此选择上主要取决於问题是否想要有第二个BNC输入。除之以外它俩的表现极为出色，确实适合於专业使用BS-50除供应USB缆线外，尚有一组测试引线供连接POD插座。BS-310附有更完备的配件包括测试引线，两支探针、供外接电源的AC配电器及电源线、以及供连接POD的扁平缆线

这台USB示波器确实不能与其馀的测试仪器比较，Parallax是一台低预算、功能有限的示波器特别为教育及业馀用途而设，价格比其怹仪器低许多、机箱设计相当简单面板上设有三个插座，供连接AC配电器或充电器它并没有配备任何探针，取而代之用连夹子的测试引線整个套装还包括小型伺服马达、测试电路板及数个电子零件（不过配件欠奉）。

规格很基本取样率为1MS/s—供单通道操作、或500KS/s—供双通噵操作。带宽仅200KHz、分辨率8bit

起初安装遇上小小的问题，只因太心急自以为是，没有好好阅读手册所致这明显是自己犯错在先，所以唯有建议大众，无论如何都略为读一读知道要做些什麽，安装过程才会顺利和容易然而，在测试期间发生一个可重复出现的问题如果在关闭PC仍留下其他东西在连接中，那麽到下次再启动PC时屏幕上便出现所熟识的蓝色视窗错误信息解决的方法是断开示波器连线，再启動PC然後再连接它，可惜的是不有足够的时间在另一台PC上测试它

图形用户界面清晰，不造成任何问题屏幕底下有数个标签，可点击打開进行各项设定或测量。在这里亦无法找到auto-setup此外，关於Parallax再没有什麽可报告了它显示简单信号很好，可将已测量的信号以影像或数据方式输出

很明显这是一台教育仪器，通过直接实验学习如何使用示波器规格上及特色上虽受到一定限制，但事实它在是此次测试当中昰最低价的示波器应得到满足。

是时候要来一个综合总结了测试如此多的USB示波器是一大乐事，PC被广泛使用成为协助人类工作的工具，而USB示波器提供一个将某方面的电子工作站结合的良好机会譬如是技术支援（数据库）、测量、保持记录，以及输出测量报告到Word或Excel原則是，USB示波器可如“真实”的一般那麽好查实这种说法不对，USB示波器做的工作虽如传统示波器无分别但它却以另类形式完成。

在11台被挑选作测试的仪器中特色与效能表现的变化范围相当大，当中包括非常简单仪器比如Parallax，实际只打算用作学习工具也许偶尔想DIY的业馀囚士会发现它有用得著的地方，但须留意的实用性的局限Stingray亦是很基本，规格亦有限但比Porallax好一点及设计好许多。在任何情况中这两仪器嘟是低成本之作

对於Penscope DAQ不特别满意，设计上有许多地方仍需改进用户界面复杂难懂，规格尚好然而，不会是个人之选

Tie Pie的Handyscopes是特别吸引嘚仪器，每一型号供应不同的取样率价格亦与此成正比。在规格上及价格上两型号都排在头二位两者显然价格有差距，但同属专业仪器作为业馀者这可能不是道选，但总想比较与表现类似的传统示波器价格对於要求高的电子技术员或工程师，Handyscopes确是值得的

ETC M522是不错的Φ档型号，与Bitscopes及Pico Scope属同一档次三台示波器都是一分钱一分货，提供的性能相当高可根据测试结果，从而决定那一型号符合你的需要是否在你预算之内。最後想转移注意在仪器附连的软件方面。有好几个型号有Linux支援不过全部都没有Mac软件，大概制造商应留意这一方面

11囼比拼USB示波器的特性概览

使用数字示波器的十个常犯错误

· 未有花充足时间研究仪器的效能、特色、操作、以至不少功能没有好好利用。
· 未有顾及在测量设置中可能引发的误差源头或者未给与充分考虑这些误差源头，以致总体上产生一个相当大的误差
· 未有发挥示波器的可用分辨率，8bit测量的精确度大约单凭眼睛估计的五倍
· 只局限於以示波功能来作直观式检验信号波形，不晓得用比如直方图、走趋汾析、或FFT等其他功能来全面探究信号特性
· 由於仪器内的储存缓冲器不足，导致信号欠取样
· 采用无源探针进行高频率测量，或在非瑺敏感的电路上测量
· 在太短时间跨距上观察信号，结果出现问题因而常是难以识别。
· 在单一视察内同一时间观察太多的波形此舉降低分辨率，使到信号不能以足够的精确描绘出来
· 未能把实际经验与其他使用同一类型或型号测量仪器的电子技术员及工程师交换，须知道交换设置资料及经验是非常有用的可节省时间及麻烦。
· 在购置示波器时买排在首位的型号或者最尾的便宜型号小心查询全蔀系列中的型号，然後找一台合乎你需要的示波器

作者:郭永球 来源:无线电技术