一、現代測量儀器技術的發展

測試測量儀器是電子工程師進行產品設計和驗證必不可少的工具，從1939年HP公司開始生產測量儀器并成為硅谷發源地以來，儀器行業一直見證和推動了電子技術的發展。

早期的儀器以特定功能的硬件為主體，用按鍵和旋鈕進行控制，并用簡單界面顯示基本參數的測試結果。以頻譜儀、信號源、矢量網絡分析儀、示波器、萬用表為代表的通用儀器奠定了電子測量行業的基石。傳統的測量儀器如圖1.1所示。

圖1.1 傳統的測量儀器

從20世紀80年代開始，由于處理器和操作系統性能的提升，傳統儀表的硬件開始與軟件分析功能融合。儀表中大量借助軟件進行硬件特性修正或數據處理，甚至進行FFT變換或解調等復雜的分析。由于軟件能力的提升，傳統單一功能的測量儀表具備了強大的信號分析功能，而開放的Windows操作系統和計算機接口為功能擴展提供了良好的基礎?，F代的測量儀器如圖1.2所示。

近些年來，隨著云計算、大數據、物聯網產業的發展，大量的數據傳輸需求迫使有線和無線傳輸網絡的帶寬快速提升。服務器端的接口速率每24個月增長一倍，100Gbps的接口已經在核心網和高端服務器上廣泛應用，而下一代5G無線通信的信號速率也會達到1Gbps以上并采用毫米波技術。為了應對電子行業這些快速的變化和需求，現代的測量儀器中融合了大量微電子、數字信號處理、計算機、軟件及移動互聯領域的最新技術。

傳統的測量軟件完全依附于特定的儀器硬件平臺上，一方面數據的后分析占用了大量儀器使用時間，另一方面軟件中積累的測量經驗不能得到更廣泛利用。例如示波器的軟件中集成了很多算法，小到如何根據信號電平的直方圖分布統計高/低電平并計算上升時間，大到如何從高速串行碼流中分解出隨機抖動、確定性抖動并進行總線解碼等，都是幾代人積累下來的測量經驗。為了更廣泛地應用這些算法和工具，現代的測量軟件已經可以獨立于測量儀表本身。例如現代示波器的測試軟件既可以安裝在示波器中，也可以安裝在個人計算機上，兩者是同一套軟件，具有同樣的用戶界面和分析算法。儀表采集的數據，可以直接在示波器上進行測量分析，也可以將波形數據通過U盤或網絡復制到個人計算機或遠程客戶端上，再用測量軟件打開分析。這種架構使得儀表的利用率得到有效的提升，也方便了數據的共享。

圖1.2 現代的測量儀器

作為電子測量領域最廣泛使用的測量工具，現代的示波器已經是一套非常復雜的分析調試系統，也是工程師做電路調試分析的有效工具。但遺憾的是，很多工程師朋友僅僅會使用示波器最最基本的功能，遇到復雜的問題時不能充分發揮手頭工具的效力。而廠家提供的儀器使用手冊、市面上流行的資料等則與用戶的實際應用結合較差，讀起來枯燥無味，無法很好地轉化到日常使用中。本書素材來源于作者十多年來的積累，根據用戶實際使用示波器的問題，結合實際應用，全面、系統地講述了現代示波器在各種復雜應用場合的測試和使用技巧。

本書對于數字示波器的工作原理、探頭類型及應用場合、觸發電路使用技巧、測量方法、精度分析、電源測試方法、時鐘測試方法、射頻信號測試方法、信號完整性分析、波形分析技巧、數學函數使用、數據后處理、電路故障調試、芯片測試、高速總線測試等方面的真實應用案例進行了剖析和整理。

希望通過本書的介紹，使得廣大工程師朋友們能夠更好地理解和學會應用現代數字示波器的高級功能，以發揮示波器這種常用工具對于電路調試和分析的效用。