混合信号示波器（）解决了一个基本的难题：逻辑分析仪具有大量的输入通道但是并不提供模拟分析能力，并且通常难以使用相比而言，示波器的操作就很直观但昰示波器的通道又不超过4个。MSO则以与示波器相似的形式与功能同时提供了模拟和数字通道
MSO这个名称最早是由安捷伦（Agilent）公司在10年前MSO刚推絀的时候启用的，当时安捷伦公司还是惠普（Hewlett-Packard）公司的一部分这种仪器集成了2路或4路传统的示波器通道，以及16个逻辑定时通道当今的笁程师和技术员应该感到庆幸的是，术语MSO已经随处可见耳熟能详。
除了术语类似之外，用户在所有品牌的MSO中会发现什么共同的特性呢在主要的4家示波器厂家的产品中，有著明显的相似性例如图1所示的细节程度，但是依然存在重要的差异
图1. 具有数字和模拟通道、串行总线解码和折叠总线功能的混合信号屏幕
Loberg表示：“当今的逻辑分析仪能够采集100个以上的通道，从而应对独特的设计挑战但是可能需要几个小时的时间进行设置。对于MSO来说偅要的是必须认识到，对于大多数工程师来说它是一款可快速用于重要而简单的设计验证任务的仪器。”
显而易见100个通道确实是太多叻，但是用户真正需要多少路数字通道呢安捷伦公司依然提供16路通道，和第一款MSO上的通道数相同；泰克提供16路通道；尽管力科公司的MS-500-36选件是一款36路通道的型号但其主流提供18路通道；横河则标配32路通道。
数字通道可被分组为总线进行显示和触发一个非常方便的功能是能夠将一路指定的通道分到多个组中。这样用户就能够将多路通道的时序与一路共用信号进行比对
将几路相关联的通道作为一路折叠总线進行观察，大大简化了多个并发轨迹的显示并且不丢失信息。横河公司在一组数字通道上提供了一种非常有用的计算DAC功能可产生一个哆电平波形，它表示连续的数字总线值泰克则提供多通道设置，并支持并行总线的验证
串行总线解码和触发是首先被应用于MSO所基于的DSO仩的重要功能。在全部4个厂家的基本DSO和衍生出的MSO上均可利用一个或多个模拟通道来实现这一目的能够处理的总线类型包括I2C、CAN、SPI、UART、RS-232、FlexRay和LIN。并不是所有的厂家都能提供所有类型的总线并且不同厂家提供的单个选件中所包括的总线类型也是不同的。
和安捷伦公司的MSO一样力科的MS系列MSO也能够对数字通道执行所有的串行总线解码和触发功能。横河很快将提供对I2C和SPI总线的解码和触发功能泰克的MSO和DSO在这点上没有区別。
然而，全部4个厂家的产品说明的共同点是缺少关于数字和模拟通道之间的相互影响的详细说奣清晰的说明有助于确定什么可以做，什么不可以做就向安捷伦的说明一样。
操作 尽管所有的MSO都提供了关于数字和模拟通道之间定时關系的宝贵信息但是用户需要考虑的操作限制很少。MSO也就是增加了更多数字通道的示波器：集成增加的更多通道彻底改变了一切
理想凊况是，一台MSO提供至少20路尽量一致的通道模拟通道需要一个具有高阻抗的灵敏前置放大器，以及一个快速的高分辨率ADC；数字通道必须具囿足够的带宽和一个高速比较器目的是创建一种架构，使ADC和比较器之后的数据信号能够得到相当的处理唯一的不同点是数字输入的分辨率为1 bit，而模拟通道的分辨率为n bit
在当今的MSO中，数字输入和模拟输入具有不同的特性最大允许电压范围从泰克产品的 ±15 V，到安捷伦产品嘚 ±40V 峰值CAT I。CAT I 安全等级表示瞬态过压能力在横河的 ±40V额定值中不具备这种能力。力科MS-500的最大额定等级为 ±30 V
有各种标准的逻辑种类门限鈳供选择，用户还可根据需要编程自定义的门限值对于安捷伦、横河和力科的MSO，每个逻辑探头只能选择一个门限值；泰克的产品支持按通道选择门限或编程
除了这些细节的硬件区别外，所有的MSO架构在模拟和增加的数字通道之间都存在隔离缝图2所示的简化结构图能够说奣一台MSO的不同部件，但是并未能说明其相互影响的详细信息致于用户能够注意到隔离缝的程度，以及它引起的问题则取决于特定的MSO型號和使用方式。有许多技术因素均值得商酌但此处着重介绍更加基础的几项。
例如一台MSO如何处理混合采样率呢？如果用户同时显示模擬通道和数字通道信号当将模拟采样率增大至超过最大数字采样率时，会发生什么现象这是泰克、安捷伦 Infiniium和力科的MSO共有的问题。横河DL9710L嘚模拟和数字通道维持相同的最大采样率以及所有的通道共用一个6.25 MW深度的存储器。
MSO的模拟和数字通道总是采集相同的时间对于实现例洳一致缩放这样的操作，一种方式就是采用横河的方法只需数字通道和模拟通道采用相同的存储长度、相同的采样率。如果采样率不同则可以选择另一种方式，但是仍然采用相同长度的存储器
8000并非如此。对于这两个系列的示波器数字和模拟通道捕获信号的时间量是楿等的，并且模拟和数字存储器长度之间的关系是根据需要自动调整的
然而，如果同时采集模拟通道并非所有的数字存储器长度均可被用于高时基设置。当模拟通道的采样率为5 GS/s时填满10 MW的存储器需要2秒的时间，在其期间当数字通道采样率为500 MS/s时，仅能捕获1 MW的数字数据
假如同时显示采样率为 5GS/s的模拟通道和 500 MHz的数字通道，将会观察到什么回答这一问题需要稍微跑题一下。4个厂家的MSO组合在采样率、采集存储器长度和水平放大方面都存在变化以达到高达200 ps/div的复合最大时基速率。
这一时基对应一次1,000个点的捕获对安捷伦产品来说为8000点，因为其最夶采样率为4 GS/s捕获时间越长，所需的时间也越长自然就会影响限制波形的刷新率。当捕获的数据被压缩显示时时基必须进行相应的缩放。例如为了显示采样率为 5 GS/s的全部1 M个点，就需要20 μs/div的时基设置这种情况下的波形刷新率从来不会超过5,000/s。
GS/s采样率下显示50个数据点此时鉯及在更快的时基设置下，可以采取一些手段例如内插或重复采样值，将真实的采样点连接起来
通道之间的偏移 所有的现代DSO，包括主偠厂家的MSO都能够对模拟通道进行去偏移。通过调用与探头或通道相关的数值或者手动输入定时校正值，就能够将全部4个输入通道和探頭之间的传输延迟差调零相反，有些MSO并不支持数字通道的去偏移
力科公司现场应用工程师Mike Hertz介绍说：“数字通道和模拟通道均能以0.5 ps的分辨率进行去偏移控制。每个模拟通道的通道菜单中都提供了本身的去偏移控制例如，用户可将通道1的去偏移控制设置为相对数字通道 +2.4 ns將通道3设置为-1.5 ps，将通道4设置为 +100.5 ps”
“数字通道已经是相匹配的，无需相对于彼此进行去偏移与采集同步沿时的定时分辨率相比，这些匹配通道之间的偏移变化可忽略不计”他解释说。
横河公司测试和测量部门的产品经理Joseph Ting介绍：“在DL9710L中逻辑通道之间的偏移可忽略不计。嘫而模拟和逻辑通道之间的偏移一般大约为2、3 ns所以，DL9710L提供了一种偏移调整功能能够以10 ps的分辨率进行高达80 ns的去偏移，从而将模拟和逻辑通道同步”
泰克的技术指标说明，在工厂校准过程中已经将通道的去偏移调整为了非常严格的容差数字通道的偏移典型值为1 ns。这一程序可确保数字通道与采集和触发系统同步
相比而言，安捷伦说明数字通道之间的偏移典型值为2 ns最大为3ns。用户能够调整模拟通道之间的偏移以及模拟通道和数字通道之间的偏移，但是不能调整数字通道本身的偏移
由于通道和通道之间的偏移要直接加到（或从中减去）數字信号中实际存在的定时关系中，所以非常重要例如，如果用户需要了解100 MHz逻辑电路的竞态条件基本的时钟频率以及从其产生的所有信号都相对较慢。
然而竞态是由于传输延迟差引起的，并且在100 MHz系统中可轻松达到1 ns或更小如果探测被影响信号的数字通道探头本身的偏迻有1 ns或更高，则没有办法能够解决竞态条件这是一项基本的限制。更加可行的方法是使用一对时序严格一致的模拟通道进行进一步的调查
MS/s采样时几乎是同时发生的跃迁信号。最高采样率为16.5 GS/s或者说没60.6 ps采样一次。
如果4000系列数字通道的传输延迟的时间和温度稳定性足够好MagniVu僦是查找信号漂移的理想工具。它能够非常详细地显示相对信号时序的变化
MSO能够在内部异步时基的信号沿同时采集模拟和数字通道。这意味着在慢的时基设置下，偏移总有可能造成数字信号像发生在一个完整时基时钟之前或之后当偏移降低时，发生这种现象的机会将減小MagniVu技术能将这一概率降至最低。
除了具备诊断故障的洞察力之外MSO还支持外部时钟定时。逻辑状态显示说明具备这种模式然而，状態信息通常源自于时序数据并非来自于独立的同步采集。当状态数据被同步采集而非时序信息被异步采集时，由于状态在被采集时是穩定的所以小量的通道和通道间偏移就变得不那么重要。
Xi均可通过辅助输入使用外部时钟信号所以，在理论上讲基于这些仪器的MSO能夠执行真正的状态分析。横河公司的DL9000系列示波器可通过通道4使用外部时钟信号来限定由模拟通道1到3上的信号组合形成的状态触发不清楚對DL9710L逻辑通道采用这种功能进行真正的同步状态采集时是什么情况。
很容易理解高波形采样率会提高捕获间歇性事件的机会。快的刷新率意味着示波器花费较多的时间进行采集和显示信号花费较少的时间进行内部处理，例如数据传输和重新准备它大部分的时间在捕获信號，所以能够发现更多的异常那么什么有利于高刷新率，或者说什么会影响高刷新率呢
图3. 采用高波形刷新率捕获的罕有亚稳态
在谈到串行总线解码/触发时，不要忘了用户并不希望使用特定的数字通道功能即使是现成的。例如大多数MSO能够对来自于数字通道的串行总线信号进行解码。但是信号通道仅显示与信号源的单端连接。有些串行总线例如CAN总线，需要进行差分测量所以需要使用合适的差分探头连接到一个模拟通道来直接测量总线。
另一种形式与功能的MSO 如果您喜欢MSO的功能但是可能需要6个模拟通道和多于16个甚至36个数字通道，为什么不能利用模块化仪器搭建一台定制MSO呢例如，除了同步模拟和数字输入通道外基于PXI的系统可提供同步输出来激励被测设备（DUT），内置深度存储器PXI Express总线的高数据传输率，以及几乎不受限制的扩展能力
NI公司負责高速数字I/O的产品经理Scott Savage介绍了一些PXI的功能：“PXI的所有通道使用相同的时钟，确保模拟和数字的同步接近20 ps输出信号采用相同的亚纳秒同步，并且可根据引用量身定制系统”
GS/s数字化仪和PXI-6552型100-MHz、20通道数字I/O模块，这取决于所需通道的数量总的测试系统功能是由定制的LabVIEW程序决定嘚。当然采用自己的测试程序还意味着能够直接解决所有的特殊计算，或者报告产品需求而这是传统MSO所不具备的。
GB的采集存储器模擬通道数量、分辨率、存储器长度的这种组合是任何MSO所不具备的。
MS/s的采样率支持数值和模拟通道触发，但是通常和集成式MSO仪器不一样咜不以相同的电平进行触发。不过非常大的内置存储器减小了对复杂触发条件的需求。
结论 随着近期几款型号的推出MSO的竞争力已经有叻提高。这不仅意味着为用户提供了更多选择而且证明了这类仪器的有效性。混合信号电路和设备已经准备好了采用这一新的仪器类型来解决混合信号设计和开发的特殊需求，也只是很自然的事情
总体而言，DSO和MSO在采集模式的数量和类型、触发条件、信号分析功能以忣显示能力，例如折叠总线和PreVu以及缩放功能，等方面已经具有极大的通用性如图4所示。
这些产品的功能是如此丰富以至于合理规模嘚数据表不能更加详细地说明可用的功能，甚至都不能说明很有意义的功能例如，MagniVu是一种从泰克的逻辑分析仪移植过来的MSO功能相类似，安捷伦的FPGA动态探头功能源自于逻辑分析仪功能
如果要充分地评估一款仪器的功能特性，您需要利用一周或两周的时间来检查混合信号應用总更具挑战性的工作要多次阅读仪器的技术数据表，但手头仍然需要保存厂家的技术帮助***号码您会用到的，尤其是您希望了解更加复杂的触发和采集模式的限制详情时
如果您仍然找不到合适的技术指标组合，模块化仪器也许能满足需求每一代的MSO产品都会出現新的功能，以及特性组合从而扩展了可满足应用的范围。尽管如此定制设计的模块化仪器可能会更适合于您的应用需求。
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1 、分类按测量被测信号所使用的技术它可分为、数字存储示波器(DSO )和混合示波器(混合信号示波器，MSO )等几大类
1.1 一台完整的通常由阴极射线管CRT 、Y 通道、X通道和电源等几部分組成。其中CRT 主要包括电子***、荧光屏和偏转板三个部分输入的被测信号经放大直接加在Y 轴偏转板上，同时用一个与时间成正比的锯齿波電压加在X 轴偏转板上使电子***产生的电子束在静电力的作用下产生偏转，光点就会在荧光屏上描绘出被测信号随时间变化的波形为了顯示多个被测信号，通常在Y 通道中插入了通道转换器使它们轮流加到Y 偏转板上。为了保证加在X 轴偏转板上的锯齿波电压每次都从被测信號上的一个确定的点开始扫描以此稳定被显示的波形，X 通道一般都设有同步触发电路
1.2 数字存储示波器数字存储示波器(DSO )虽然也由显示器戓CRT 、Y 通道、X 通道和电源等几部分组成，但Y 通道中插入了A/D 转换器、D/A 转换器和数字存储器等测量过程中运用了数字信号处理技术，并在单片機的控制之下有条不紊的工作首先按预先设定的时间间隔对被测的模拟信号采样，然后通过A/D 转换器将这些采样值转换成对应的数字量囷循环存入存储器中。需要显示测量结果或分析结果时单片机从存储器读出存入的数据，处理后以数字方式或模拟方式将它们转换成模擬波形或要求的形式与功能显示在显示器上因为这种示波器运用了采样量化和数字信号处理技术，由此带来了许多超越模拟示波器的优點
1.3 组合示波器组合示波器(混合信号示波器，MSO )是将DSO 和模拟示波器或逻辑分析仪或数字万用表(DMM )等两、三种仪器有机组合在同一机箱中的混合型仪器它集成了多台仪器的功能和优点，以此满足用户的更多更高的测试要求
2 、特性与模拟示波器比，DSO 使用了采样量化技术和晶振等器件因此，具有更高的幅度测量准确度和时间测量准确度DSO 具有丰富的触发功能，能存储触发前后的相关数据;能有效地测量单次信号;能茬同一时刻采集、存储多个被测量;能永久存储测得的数据包括制作成硬拷贝;能反复再现测得的波形;能对测得的波形数据进行处理，如将測得的电压、电流相乘求得此时刻的功率，又如对测得的数据进行统计分析求均值、极值、数字滤波、积分、微分、作FFT运算等; DSO具有通鼡接口;能预先存储测试序列和在微机的控制之下进行自动测试;对测得的数据能与事先设置的参考波形或一组波形参数进行比较，如超出限萣的范围则立即声光告警或发中断信号给主机等。
不过DSO 的造价一般都比模拟示波器高，测量的实时性也不如它模拟示波器的波形更噺速率很高，最高超过400000次/s它具有 无限的分辨率 ，每一时刻都能显示该时刻的输入电压而DSO 在 采集- 存储- 再现 之间存在明显的时间延迟。因為波形亮度变化正比于信号在某一特定电平的持续时间因此，一些信号的变化也会在模拟示波器上以这种形式与功能表现出来DSO 缺乏这種显示效果。
尽管DSO 还有一些地方需要改进性价比还需进一步提高，但是它代表了电子示波器的发展方向。据前几年的市场调查知DSO 的產销量已占了整个示波器类产品产销量的80% 以上，而且此比例还在继续增加。
3 、选用3.1 类型选择DSO 是采样示波器样点之间有一定的时间间隔，测量是不连续的显示滞后实际情况，而模拟示波器对信号的测量是连续进行的屏幕上的显示是当时正在发生的情况，而且造价低洇此，模拟示波器比较适合测量调频、调幅、视频、噪声等信号比较适合电子产品检测、调整和维修等应用，以及基础实验仪器教育使鼡
DSO 测量精度高、功能强，具有多种触发能力和波形处理能力能够进行自动测量等，因此除常规波形测量外，还很适合测量单次、低偅复速率信号及在需要预触发和对信号进行分析处理等场合使用。如故障检测、电源设计调试、通信产品/ 电子产品生产线测试、瞬态研究测试等
如果同时需要一台仪器兼有DSO 和逻辑分析仪、DMM 等功能特性，或需要组合后形成的新特性则可选用组合型示波器(混合信号示波器)。
3.2 通道数量观测一个信号可选用简易示波器;同时观测、比较两个信号，可选用双通道示波器双通道示波器是最常用的示波器，因价格低廉使用比较方便，已广泛使用在实验室和生产现场如果需要观测更多模拟信号之间的相互关系，则应选用四通道示波器
随着被观測系统数字成分的增加，传统的双通道示波器或四通道示波器已难以满足同时捕获足够通道数量被测信号的要求这时，应将示波器和逻輯分析仪等组合起来使用或者使用一台将几种仪器组合在同一台机箱内的组合示波器(如将16通道的分析仪集成在DSO 中的混合信号示波器)，利鼡逻辑分析仪的触发能力帮助示波器采集数据同时测量不同类型和不同速度的信号。使用Agilent54832D MSO进行测量的一个例子见 用混合信号示波器调试PCI 總线 一文
3.3 带宽和采样率带宽是示波器垂直偏转系统所具有的通频带的宽度。对模拟示波器来说对应能以不低于真实信号3dB 的幅度来显示信号的最高频率。示波器的带宽越宽能测量被测信号的最高频率也越高。通常带宽应为被测信号最高频率的3 倍以上;比值越高测量结果越囸确但噪声随之增加。
DSO 也有带宽指标(重复带宽、模拟带宽)这是与示波器的采样速率相对应的一个指标。为了正确地表示信号的频率和幅度通常要求采样速率应为被测信号的最高频率分量的5~10倍，甚至10倍以上对最高频率为40MHz 的信号，应使用最高采样速率为200MS/s 或400MS/s 的示波器
采樣间隔是采样速率的倒数，因此若研究的时间间隔为10ns，则应使用200MS/s的示波器在观测瞬态特性(如测量上升时间)时，选用的采样速率应保证茬它的信号边缘上采集到足够的细节信息也就是说，必须采集到比较多的采样值
DSO 还常给出单次带宽，其含意是被测单次信号中的有效頻率分量应小于此频率否则，显示的信号会有较明显的失真单次带宽小于等于重复带宽。
对模拟示波器来说示波器的带宽与上升时間的乘积是一个为0.35~0.45 的常数。带宽越宽上升时间越小。当被测信号的上升时间与示波器的上升时间(包括探头的上升时间)的比值较大时测量误差则较小。当此比值>5时测量误差约为2%. 3.4 触发能力模拟示波器常以电平方式或斜率方式触发。虽能满足许多常规测量要求但对一些特殊的测量或复杂的测量则无能为力，这时必须使用DSO 或MSO.如利用 DSO的预触发功能，在故障波形发生时刻触发观测在此之前和故障发生时的情況，以便查明导致故障的原因DSO 一般还具有很多很有用的其他触发功能。如串行触发;用正向或负向毛刺进行触发，用一个宽度大于或小於给定值的脉冲进行触发;以通道间的特殊图形进行触发;在给定时间内由没有任何变化的数字信号线触发等等。
3.5 记录长度记录长度指示波器中可以储存的采样点数这是DSO 特有的指标，按需要选择即可早期的DSO 的存储容量不大，只有几K 、几十K ;现在已发展到几百K 、几M 甚至更大。而且采用专用处理器控制进入存储器的数据流和对这些数据进行处理。
3.6 其他选用示波器时还应注意其他特性如，探头是否与示波器楿配是否适合特定的测量任务。示波器使用起来是否方便操作是否简单等等。