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各種功能的手持式示波器大盤點(diǎn)
2011-12-28
曾被認(rèn)為是桌上型款式的小兄弟手持式示波器（handheld oscilloscope），但現(xiàn)在它們的性能水平大致上已經(jīng)可與大哥哥們相匹敵，并且還增加了桌上型儀器所無法提供的電池供電作業(yè)和可移植性（portability）。為了找出這類儀器的致勝方式，長(zhǎng)沙艾克塞普儀器設(shè)備有限公司首席應(yīng)用工程師Tony對(duì)下列四款價(jià)格差異很大的手持示波器產(chǎn)品進(jìn)行了一項(xiàng)全面性的評(píng)估。
Fluke 199C（200 MHz，雙通道，$2,999）；
AEMC OX 7104-C（100 MHz，四通道，）；
Agilent Technologies U1604A（40 MHz，雙通道，1）；
Protek 860F（60 MHz，雙通道，）。
Tektronix 也有一款手持式示波器 THS730，但該公司決定不參加此次的評(píng)估。我以Agilent的20 MHz 的函數(shù)產(chǎn)生器Agilent 33220A來作為信號(hào)源。
這四款型號(hào)示波器都有內(nèi)建的數(shù)位萬用電表（digital multimeter，DMM），并且都有示波器探針（probe）和 DMM 探針。除 Fluke 以外，其它款式的標(biāo)準(zhǔn)配置中都包括了通信纜線和軟件。它們均能提供 RMS 電壓、峰值到峰值（peak-to-peak）電壓以及頻率等測(cè)量。所有儀器都有某種形式的頻譜分析功能，并且除 Protek 以外，其它的款式都帶有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器（data recorder）。
Agilent 與 Protek 的這兩款產(chǎn)品不僅在價(jià)格上相當(dāng)，而且它們的韌體和軟件也讓我相信：它們的來源相同。因此我把它們列在一些，僅指出它們的相似處和差異性。
對(duì)手持式示波器，有些東西的意義要高于桌上型儀器。例如，電池壽命、現(xiàn)場(chǎng)更換電池的功能，以及在日光下屏幕的可讀性等，這些因素對(duì)桌上型示波器并沒有太大的意義。
AEMC OX 7104-C
AEMCMC 的 OX 7104-C 是市場(chǎng)上的一款四通道手持式示波器。它有 12位的分辨率、100 MHz 的帶寬，以及觸控屏幕顯示，這些讓它可以在性能表列中名列前茅（圖 1）。你最好需要可攜能力（AEMC 還有一款 3995 美元的雙通道版本），才能證明其 5,995 美元價(jià)格的合理性。否則，你能找到很多性能和價(jià)格都差不多的桌上型示波器，不過，與 AEMC 的 12位分辨率相比，它們基本上都只有 8位的分辨率。
OX 7104-C 最突出的物理（physical）特性是它的觸控屏幕和探針。探針纜線透過永久連接的適配器接到示波器的上方。只要你接上探針，儀器就會(huì)知道，它并且會(huì)檢測(cè)探針的衰減等級(jí)。探針可提供就近照明（handy light），此一照明可透過探針把手上的一個(gè)按鍵來進(jìn)行控制。
AEMC 的交流主適配器很大，但電源是在內(nèi)部（inline）。因此，它的標(biāo)準(zhǔn)交流插頭只占電源插座盒（power strip）上的一個(gè)位置。電源線（power cord）的示波器端有一個(gè)四腳插頭，它看起來似乎能以多種方式插入。但所幸不是這樣。
你也可以用獨(dú)立的適配器，它提供連接纜線用的 BNC 插座。我用一個(gè)適配器將一臺(tái)函數(shù)產(chǎn)生器連接到示波器上。其它適配器提供了用于 DMM 探針的香蕉插座（banana jack）。它很好用，因?yàn)槟隳軌驅(qū)⒍鄠€(gè)通道混合與匹配，從而將示波器探針、DMM 線，或一些配件（如電流探針）連接到任意通道上。本次評(píng)估中的所有其它示波器都有兩個(gè)示波信道和一個(gè) DMM 信道。
觸控屏幕可以讓你不用按鍵就可以操作儀器，不過按鍵排列得很整齊。如果你用觸控筆，可以有一種以上的方式來啟動(dòng)某一功能。例如，可以輕點(diǎn)屏幕上信道的彩色框或透過菜單來改變一個(gè)信道的配置。不用時(shí)，觸控筆可以放在機(jī)殼的背面。
AEMC 的手持式示波器帶有一個(gè)諧波分析儀，是為電源質(zhì)量分析而設(shè)計(jì)的，覆蓋范圍為40 Hz 到 450 Hz。在低電壓時(shí)，直到 5 kHz 我都能獲得可靠的結(jié)果。我用一個(gè)正弦波和一個(gè)方波來對(duì)分析儀進(jìn)行測(cè)試，如我所預(yù)料的那樣，只看到了正弦波的基波和方波的奇次諧波。
諧波分析儀可顯示到一個(gè)信號(hào)頻譜的第 30 階諧波，每個(gè)諧波下面有一個(gè)檢查方框（check box）。點(diǎn)擊該方框就可以顯示該諧波的波幅與相位信息。屏幕亦可顯示信號(hào)的 RMS 波幅和總諧波失真。
AEMC 的 SX-Metro 軟件可以將 OX 7104-C 的數(shù)據(jù)輸入到一臺(tái) PC，并遠(yuǎn)程控制示波器的工作（在示波器模式）。我先用 RS-232 連接，PC 很快識(shí)別出了示波器。而用可選的以太網(wǎng)連結(jié)時(shí)情況卻不同。我必須進(jìn)入 SX-Metro 的 Options 功能選單之中，修改 IP 地址，以便與示波器相匹配。我的 PC 上不斷出現(xiàn)通信錯(cuò)誤，因此我還是回頭去用 RS-232 來進(jìn)行軟件評(píng)估。
如要對(duì)PC 傳送一幅屏幕影像，就必須使用示波器的檔案管理員。我發(fā)現(xiàn)它的用法不清楚，要多次嘗試后才會(huì)明白。我還發(fā)現(xiàn)，通信纜線的插頭很難插。你必須按住插頭的釋放鍵，才能插入插座，不僅如此，接下來還必須輕微地?fù)u動(dòng)插頭，以確保連接牢固。如果推的力氣太大，可能會(huì)弄壞夾子。另外，要小心用于通信和電源接頭的塑料蓋彈起，不過蓋子是連接到設(shè)備上的，所以不會(huì)遺失。
AEMC OX 7104-C 是一款強(qiáng)大的儀器。它的帶寬和分辨率都足以成為很多桌上型示波器的替身，并且它還有獨(dú)一無二的能力，即將其四個(gè)通道來與示波器與 DMM 輸入進(jìn)行混合和匹配。雖然該儀器有一些怪癖，尤其是在儲(chǔ)存供 PC 下載的檔案時(shí)，并且它的價(jià)格似乎過高。
Fluke 199C ScopeMeter
Fluke 199C ScopeMeter 的價(jià)格只有 AEMC 的一半，但卻將近是Agilent 和 Protek 產(chǎn)品的兩倍，在這批儀器中它有最高的帶寬（200 MHz），以及最高的采樣率：2.5 Gsamples/s（圖2）。Fluke 是手持式示波器市場(chǎng)的提倡者，而 199C 距最初的 ScopeMeter 已經(jīng)有了相當(dāng)大的進(jìn)步。與其先前的產(chǎn)品比較，199C 好用多了。雖然按鍵靠得有點(diǎn)近，但排列整齊，且四個(gè)軟鍵（soft key）也易于理解。
在這四款評(píng)估的產(chǎn)品中，它的屏幕是最大的。室內(nèi)使用時(shí)明亮清晰，但塑料蓋反光太強(qiáng)，在室外無法看清掃描線。示波器左側(cè)有一個(gè)提帶，不過提帶也可以移到右側(cè)，這讓它成為這四款機(jī)型中唯一一款適用于左撇子的機(jī)型。不過移動(dòng)提帶后會(huì)蓋住通信埠。Fluke 示波器亦帶有最堅(jiān)固的支架，也是唯一一款有提帶，可以懸掛使用的機(jī)型。
ScopeMeter 有兩個(gè)專用按鍵，分別標(biāo)著“Zoom”（縮放）和“Replay”（回放）。縮放鍵可將 time/div 減半，這樣就能快速地將波形放大 2 倍?；胤沛I給出了一個(gè)過去的鏈接，可以按逆時(shí)間順序查詢最后 100 個(gè)的屏幕顯示。當(dāng)退出回放功能時(shí)，數(shù)據(jù)就遺失了，因?yàn)槭静ㄆ饕_始繼續(xù)記錄另外100 個(gè)屏幕的數(shù)據(jù)。
Fluke 記錄器的功能很突出。它有三種模式，其中兩種用于示波器，而不只是用于 DMM。示波器的趨勢(shì)圖（trend plot）可以用于記錄一些測(cè)量值，如 Vpk-pk、VAC、上升時(shí)間和頻率。我用它來記錄 Vpk-pk 和頻率，因?yàn)樗鼈冊(cè)诤瘮?shù)產(chǎn)生器上很容易改變。Scope Record 選項(xiàng)可以將一長(zhǎng)串示波器的擷取存到設(shè)備的內(nèi)存中。DMM 記錄器可以繪出某個(gè)選定的 DMM 測(cè)量。我選擇的是 VRMS，并產(chǎn)生一份趨勢(shì)圖。
趨勢(shì)圖可以讓你看到一個(gè)信號(hào)的長(zhǎng)期變化。199C 會(huì)一直記錄數(shù)據(jù)，直到填滿內(nèi)存，然后會(huì)壓縮數(shù)據(jù)以釋放出一半內(nèi)存，于是使設(shè)備的容量加倍。記錄的大小為每一輸入 27,000 個(gè)點(diǎn)。你可以設(shè)定儀器為當(dāng)內(nèi)存滿時(shí)停止記錄，并且可以用 time/div 鍵增加或減小 time/recorder 屏幕。
FlukeView 軟件可以從儀器的屏幕獲得一張快照（snapshot），但它并不能提供實(shí)時(shí)的示波器更新。它還提供該儀器的有限在線控制（limited online control），前提是你能從程序的 Instrument 菜單中發(fā)現(xiàn)此一功能。你可以改變模式（示波器、儀表、記錄器），并且可以取消（recall）設(shè)置?？梢杂糜涗浧鲗?shí)時(shí)捕捉 DMM 的測(cè)量，以及將設(shè)置、打印，和日志數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到 PC。另外還可以在第一次下載一個(gè)波形后，獲得一個(gè)輸入信號(hào)的頻譜。
Fluke 199C 是一款功能強(qiáng)大的手持式示波器。如果你是左撇子，它是你唯一的選擇。在電氣應(yīng)用中，你經(jīng)常需要騰出雙手，此時(shí)提帶就很有用了。該軟件擅于下載數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行離線的保存和分析。也許唯一的不足之處是高度反光的屏幕蓋。
Agilent 與 Protek 的設(shè)備
由于這兩款儀器擁有驚人的相似之處，不可能只提到一款而忽略掉另一款。因此，我先討論一下它們的相似之處，然后再指出兩者的差別。
這兩款儀器的使用者接口都使用了四個(gè)軟鍵和一個(gè)轉(zhuǎn)盤（wheel）。（我發(fā)現(xiàn) Protek 的轉(zhuǎn)盤容易旋轉(zhuǎn)，而 Agilent 的困難些，經(jīng)常需要用上兩只手。）軟鍵可用來設(shè)置參數(shù)，如示波器的垂直和水平刻度尺、觸發(fā)、測(cè)量功能、算術(shù)及實(shí)用程序（utility）等。有一款實(shí)用程序可以打開或關(guān)閉用于閃存的儀器 mini-USB 連接端口和標(biāo)準(zhǔn) USB 埠。但必須到工具菜單中找尋才能發(fā)現(xiàn)打開 USB 埠的設(shè)置。在 USB 關(guān)閉時(shí)，無法進(jìn)行通信或訪問（access）閃存。
測(cè)量功能包括峰值到峰值、RMS、頻率、上升時(shí)間和下降時(shí)間。進(jìn)行測(cè)量時(shí)先按一下相對(duì)應(yīng)的軟鍵，并用轉(zhuǎn)盤瀏覽各個(gè)選項(xiàng)。算術(shù)菜單可以用于選擇 FFT 以及濾波窗口（Hamming、Hanning、Blackman 或矩形），并且可以在屏幕上實(shí)時(shí)獲得頻譜圖。
按下Meter 鍵，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)有三個(gè)軟鍵選項(xiàng)的空白屏幕：Volt Meter（電壓表）、Ohm Meter（奧姆表），和 Aux Meter（輔助表）。按輔助表（F3）鍵，可以選擇溫度、電流、濕度和壓力。對(duì)電壓表而言，你可從其中選擇 AC/DC、最小/最大以及相關(guān)的測(cè)量。要回到其它電表功能時(shí)，必須按 Meter 鍵，這樣就回到最上面的 Meter 菜單；這里沒有“back”（返回）鍵。按奧姆表鍵可以測(cè)量電阻、二極管、連續(xù)性（continuity）和電容。（不過我還沒有找到藏在奧姆表中的電容。）你可以重復(fù)按 F1 鍵來進(jìn)行選擇。
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