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各種功能的手持式示波器大盤點
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，長沙艾克塞普儀器設(shè)備有限公司首席應(yīng)用工程師Tony對下列四款價格差異很大的手持示波器產(chǎn)品進(jìn)行了一項全面性的評估。
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估。我以Agilent的20 MHz 的函數(shù)產(chǎn)生器Agilent 33220A來作為信號源。
這四款型號示波器都有內(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數(shù)據(jù)記錄器（data recorder）。
Agilent 與 Protek 的這兩款產(chǎn)品不僅在價格上相當(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 美元價格的合理性。否則，你能找到很多性能和價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，儀器就會知道，它并且會檢測探針的衰減等級。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）上的一個位置。電源線（power cord）的示波器端有一個四腳插頭，它看起來似乎能以多種方式插入。但所幸不是這樣。
你也可以用獨立的適配器，它提供連接纜線用的 BNC 插座。我用一個適配器將一臺函數(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，因為你能夠?qū)⒍鄠€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。本次評估中的所有其它示波器都有兩個示波信道和一個 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某一功能。例如，可以輕點屏幕上信道的彩色框或透過菜單來改變一個信道的配置。不用時，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諧波分析儀，是為電源質(zhì)量分析而設(shè)計的，覆蓋范圍為40 Hz 到 450 Hz。在低電壓時，直到 5 kHz 我都能獲得可靠的結(jié)果。我用一個正弦波和一個方波來對分析儀進(jìn)行測試，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信號頻譜的第 30 階諧波，每個諧波下面有一個檢查方框（check box）。點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 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 很快識別出了示波器。而用可選的以太網(wǎng)連結(jié)時情況卻不同。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)通信錯誤，因此我還是回頭去用 RS-232 來進(jìn)行軟件評估。
如要對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動插頭，以確保連接牢固。如果推的力氣太大，可能會弄壞夾子。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，并且它還有獨一無二的能力，即將其四個通道來與示波器與 DMM 輸入進(jìn)行混合和匹配。雖然該儀器有一些怪癖，尤其是在儲存供 PC 下載的檔案時，并且它的價格似乎過高。
Fluke 199C ScopeMeter
Fluke 199C ScopeMeter 的價格只有 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。雖然按鍵靠得有點近，但排列整齊，且四個軟鍵（soft key）也易于理解。
在這四款評估的產(chǎn)品中，它的屏幕是最大的。室內(nèi)使用時明亮清晰，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。不過移動提帶后會蓋住通信埠。Fluke 示波器亦帶有最堅固的支架，也是唯一一款有提帶，可以懸掛使用的機(jī)型。
ScopeMeter 有兩個專用按鍵，分別標(biāo)著“Zoom”（縮放）和“Replay”（回放）?？s放鍵可將 time/div 減半，這樣就能快速地將波形放大 2 倍。回放鍵給出了一個過去的鏈接，可以按逆時間順序查詢最后 100 個的屏幕顯示。當(dāng)退出回放功能時，數(shù)據(jù)就遺失了，因為示波器要開始繼續(xù)記錄另外100 個屏幕的數(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。示波器的趨勢圖（trend plot）可以用于記錄一些測量值，如 Vpk-pk、VAC、上升時間和頻率。我用它來記錄 Vpk-pk 和頻率，因為它們在函數(shù)產(chǎn)生器上很容易改變。Scope Record 選項可以將一長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選定的 DMM 測量。我選擇的是 VRMS，并產(chǎn)生一份趨勢圖。
趨勢圖可以讓你看到一個信號的長期變化。199C 會一直記錄數(shù)據(jù)，直到填滿內(nèi)存，然后會壓縮數(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 個點。你可以設(shè)定儀器為當(dāng)內(nèi)存滿時停止記錄，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），但它并不能提供實時的示波器更新。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。可以用記錄器實時捕捉 DMM 的測量，以及將設(shè)置、打印，和日志數(shù)據(jù)儲存到 PC。另外還可以在第一次下載一個波形后，獲得一個輸入信號的頻譜。
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軟鍵和一個轉(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)、測量功能、算術(shù)及實用程序（utility）等。有一款實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，無法進(jìn)行通信或訪問（access）閃存。
測量功能包括峰值到峰值、RMS、頻率、上升時間和下降時間。進(jìn)行測量時先按一下相對應(yīng)的軟鍵，并用轉(zhuǎn)盤瀏覽各個選項。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時獲得頻譜圖。
按下Meter 鍵，會出現(xiàn)一個有三個軟鍵選項的空白屏幕：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)的測量。要回到其它電表功能時，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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