類比式示波器在過去有著無與倫比的真實波形呈現，讓工程師們特別喜愛它的快速波形，但其無法穩定觸發與儲存波形的限制；隨著電子產品的進步與報告量的增加而來的便是數位儲存式示波器被廣泛的使用。然而雖然數位式示波器有著良好的功能如多種觸發方式、自動量測、儲存介面與電腦連線到創新的PC base架構，但是其無法即時呈現真實的波形卻讓工程師們在驗證除錯上耗費更多時間。
現今各家廠商在頻寬，即時取樣率與紀錄長度外，提升垂直解析是各家廠商在數位即時示波器上爭相研發的目標，其目的是希望藉由提高波形解析(分辨率)來達成示波器精準測量的效果，高解析扮演著重要的精準量測的角色。
數位示波器強化精準量測
一般而言，一部好的示波器必須具備：
1. 良好的頻率響應，在-3db定義下，必須保證足夠的頻寬。業界以3~5倍頻為基準。
2. 即時取樣，提供4~10倍取樣頻率達到訊號完整性。
3. 記憶深度，長時間有效擷取訊號不失真，支援歷史回放完整記錄波形。
4. 波形更新率，每秒高達數萬到數十萬次的波形更新率，真實快速呈現異常訊號。
5. 低雜訊與抖動，提供數位觸發系統確保示波器本身低雜訊與準確觸發，並提供可調濾波功能。
6. 高位元的呈現使得量測波形不隨著垂直刻度的變化而造成量測值的誤差。
7. 自動量測與統計。
8. FFT與通訊訊號分析工具。
9. 具備高解析模式測量鏈波與小訊號。
10. 簡單易學的操作介面。
11. 提供多功能自帶電表、訊號產生器、資料紀錄儀、頻率響應分析等。
高解析/長紀錄/波形更新加速驗證及除錯
高解析、長紀錄與波形更新率是新一代示波器加速工程師驗證與除錯的一大創新，使得示波器在測量小訊號時擺脫傳統示波器的馬賽克效應，並呈現最佳波形。例如量測儀器廠商OWON的XDS系列導入12/14位元硬體類比數位轉換器(ADC)，精度是市場上其他示波器的16/64倍，可以觀察到低至31.25μV/div的訊號(圖1)。
傳統數位示波器採用的是8位元的ADC，其垂直分辨率為1/28。高精度示波器採用硬體12/14位元高速ADC，其解析度為1/212，比8位元示波器高出16倍，能展現更完整還原訊號真實情況，展現更多波形細節(圖2)。用8位元示波器和12位元示波器測量相同的200mVpp訊號。正常採樣時看，兩者區別很小。但暫停放大觀察時，兩者的區別就十分明顯。因此12位元示波器比傳統8位元示波器能夠捕獲更多的波形細節就是關鍵。
透過高解析示波器捕獲訊號的真實情況，可更清楚地觀察大電壓訊號範圍中的小電壓訊號。除此之外，12位元示波器還能夠檢測到更小的訊號波動情況(圖3)。
示波器垂直解析度通常為8位元，但實際上真正有效被應用到的有效位元一般在3~4位元左右，所以傳統數位示波器通常會教育客戶要將波形調整至接近螢幕的大小，或者盡可能的接近螢幕的3/4左右，此時的垂直解析度能有效的被運用。但是當工程師同時使用2個或4個通道時，被迫必須將波形縮小以利觀察訊號與量測，但是此時量測誤差已經出現，因此OWON提供12/14位元垂直解析度的選擇，量測波形不隨著垂直刻度的變化縮小波形而造成量測值的誤差，這是技術創新與高性能的表現(表1)。
不同頻率交替觸發便於觀測
觸發是示波器的關鍵功能之一，能夠捕捉到特定的訊號事件進行詳細的分析，並提供了一個穩定的重複波形。其在20世紀40年代發明以來，示波器觸發經歷了連續的創新。OWON提供了+-1ppm的時基精準度並且在不同頻率的波形量測下有效穩定交替觸發，為工程師提供觀測訊號便利(圖4)。
波形記憶深度攸關高頻訊號擬真
數位示波器是透過ADC將電子訊號以取樣點與正弦(線性)內插的方式將波形建立起來(圖5)，並根據奈斯定理：取樣頻率為待測訊號頻率的兩倍為理論基礎。
當示波器長時間抓取訊號時，取樣率就會隨的時間變長而取樣率下降變低，當違反奈斯定理時稱之為失敗波形的還原或者稱之為贗頻。此時長時間紀錄就需要足夠的紀錄長度使得示波器能夠有能力抓取更高頻率的訊號而不失真。若以OWON XDS 40M取樣點在抓取100KHz的方波訊號，使用1MS/s的取樣率(10倍)(圖6)，可以抓取30秒鐘(圖7)。
新波形紀錄/克隆技術掌握突發狀況
創新波形紀錄與克隆技術，其技術核心為錄製波形與紀錄，在複雜與危險的環境下紀錄波形以利後製處裡，隨時掌握關鍵突發波形與紀錄(圖8)。可配置電表作為更長時間資料取樣記錄儀使用。克隆資料擷取技術(Waveform Clone Technology)，有別於傳統波形擷取儲存，高明的AD/DA技術(可內置訊號產生器)，使得示波器在進行擷取突發或偶發以及觸發訊號時更準確的在重現波形與分析波形與雜訊的分析的一大利器(圖9)。工程師在驗證除錯過程中多了一個創新的選擇，革命性的改變解決了對傳統數位示波器無法解析細節反應與重現波形的詬病。
EMI預測試落葉歸根為關鍵
現代的量測中基於電磁干擾測試的普及，EMI的先行測試格外重要，OWON在EMI的PRE TEST也不缺席並推出頻譜分析儀，運用示波器測試EMI行之有年但是如何回歸基本，是應用時的關鍵(圖10)。
示波器不能取代電磁干擾測試儀，特別是在執行符合性測試，但它可以是一個良好的EMI測試和快速除錯工具。
數位協定驗證除錯於多領域普及
示波器回歸基礎還是以訊號的完整性量測為優先考慮，選對頻寬並搭配適合的探棒是一個關鍵。對於接地是否乾淨，是否有寄生電容，電感效應所產生的共振頻率，串音與否以及雜訊的干擾等都是量測時必須考慮的重要環節。近年來示波器的發展已隨著嵌入式系統的突飛猛進在各個領域中，如晶片設計、通訊、電腦、手機、汽車電子皆須使用示波器執行大量的驗證與除錯，此時多通道的需求應運而生。如OWON示波器提供解碼選項，五種基礎解碼I2C/RS232/SPI/CAN/LIN等滿足客戶在低速控制訊號的設計驗證與多通道的需要。
示波器在現代通訊領域的應用，使用雙通道X-Ymode里賽斯圖形觀察相位變化已經被現在工程師所遺忘，以示波器XY模式觀察相位差對於絕大部分工程師來說更是陌生，而OWON便提供X-Y Mode為設計基礎，加入I/Q Data輸入設定介面，使得從事通訊基頻的工程師得以輕易的使用示波器觀測星座圖(圖11)，另一方面OWON投入新型任意波訊號產生器研發，推出頻率更高，內建數十種常用與特殊通訊與調製訊號波形，協助降低廠商產品驗證投資成本。
頻率響應分析迎全新體認
為快速測量待測物在某一個頻率點的頻率特性，並快速解決電路元件測試而生。在示波器的基礎上配置訊號產生器來完成實現頻率響應分析的功能，使用示波器完成gain增益/phase相位量測變得相當容易(圖12)。
本文希望透過新示波器面面觀傳達給讀者與示波器使用者對示波器的全新體認，並且在不丟失過去基本的量測理論上進一步強化新一代示波器所帶來的創新量測技術與革新。示波器的發展已經進入一個全新的領域，新的特性與多用途功能可以幫助工程師們節省時間，快速評估關鍵性的量測，達到更直觀的分析、簡單的操作以及豐富的配備。協助使用者輕鬆遊走在數位與射頻領域的驗證與除錯。
(本文作者為OWON資深工程師)
