3．混合信號示波器

混合信號示波器是一種特殊的數字實時示波器，其本質是在傳統的實時示波器的2個或者4個模擬測量通道的基礎上增加了額外的16個數字邏輯通道（也有廠商提供18個或36個）。圖2.8是20世紀90年代HP公司發明的第一款混合信號示波器546xxD。

圖2.8 早期的混合信號示波器

增加數字通道的好處是可以同時測試更多路的數字信號。雖然示波器的模擬通道既可以用來測量模擬信號也可以測量數字信號，但是有可能會不滿足數字測試對于通道數量的要求。例如，數字電路調試中可能會需要同時測試很多路數據線、地址線和控制線，這時2個或者4個通道就不太夠用了。要測量多路數字信號還有一個選擇是使用邏輯分析儀，因為邏輯分析儀可以有幾十到幾百個通道。但是由于邏輯分析儀沒法觀察信號質量（有些邏輯分析儀可以配合示波器觀察信號質量，或者掃描出信號的眼圖，但是畢竟使用場合受到一定限制），除非用戶是做純數字的大規模FPGA或微處理器開發，否則還是離不開示波器做信號調試，而混合信號示波器很好地平衡了數字和模擬測試的需求。圖2.9是用混合信號示波器對模擬、數字信號同時進行測試的例子，可以看到，混合信號示波器可以實現模擬信號、多路數字信號的同時測試，并且可以清晰看到各路信號之間的因果和時序關系。

圖2.9 混合信號示波器測試舉例

真正的混合信號示波器并不是簡單地把一些數字邏輯通道額外增加到示波器顯示屏幕上，其最大的挑戰在于示波器和邏輯通道功能的無縫融合。有些示波器廠商會在示波器主機外部額外增加一個邏輯通道的模塊，然后與示波器互相觸發，并把邏輯通道的數據顯示在示波器屏幕上。嚴格意義上這只是實現了1+1的效果，并沒有達到1+1＞2的目的。對于真正的混合信號示波器來說，其示波器能在模擬通道上實現的功能，例如信號觀察、自動測量、時序觸發、總線解碼甚至無限余輝顯示等，在數字通道上都應該可以實現，而且兩部分的時基和觸發電路應該是融為一體的，這樣才能充分借用示波器在信號調試和測量上的強大功能。圖2.10是HP公司當年的54645D示波器內部的觸發電路的框圖，可以看到，HP為其專門設計了觸發電路，模擬通道（A1～A2）和數字通道（D0～D15）共用觸發電路，因此可以很好地共用觸發條件以及協同觸發。

圖2.10 HP 54645D混合信號示波器的觸發電路

現代的混合信號示波器的數字通道能力已經得到突飛猛進的提高，例如示波器可以達到33GHz的模擬帶寬，使用80GSa/s或100GSa/s的采樣率，同時其內部集成的數字通道的最高的采樣率可以達到20GSa/s，廣泛用于DDR3、DDR4等多路高速信號的時序分析。現代的混合信號示波器如圖2.11所示。