示波器是我們工程師的眼睛，首先我們要知道被我們“眼睛”觀察的對象 - 電信號是什么？都有哪些不同的形式？就像我們人還需要用“大腦”對“眼睛”看到的現象做分析，我們也需要對用示波器看到的電信號做分析，進而判斷出電路的性質，這就要求我們知道不同的電信號各有哪些典型特征？了解了這些，我們才可以通過現象看本質。

這是一個典型的電子產品系統：

在這個系統的每個環節都是通過電信號來表達和傳遞信息：

在A/D之前，電信號是以連續的模擬量的方式存在?- 它的幅度和頻率都在傳遞信息，在A/D之后，電信號以分立的數字量的方式存在。

作為一個“診斷”電信號的儀器，示波器主要通過對比信號源的某種信號經過“待測設備（DUT）”之后的形態和不經過這個待測設備的形態之間的差異?- 比如某些成分的幅度發生了變化、相位/頻率發生了變化，進而判斷“待測設備”是否工作正常，以及定標待測設備究竟會起到什么作用。

因此，信號源也是測試測量系統的必備，即便平時在我們的測試中沒有用到信號源，實際上我們也是假設了已經有信號源的存在，比如檢測時鐘是否工作正常，信號源已經在PCB板上；檢測3.3V的電源電壓是否正常，是否有紋波，信號源就是那個能夠產生3.3V電壓的LDO或開關穩壓器。

當然，多數情況下我們需要對被測試的電路提供一個激勵信號，比如：

提供模擬波形 - 正弦波（最常用）、三角波、方波

某種模式的數字信號

調制信號

刻意產生的噪聲

通過這些激勵信號能夠：

檢查每一級電路的增益、頻率響應，對接收端進行校準

提供用于測試電路的各種波形，一般來講都是低功率的

驗證（ Verification） - 分析數字調制

定標（Characterization）- 測試D/A和A/D轉換器

壓力/臨界點 測試 - 通信接收機的壓力測試

其實原理非常簡單，下面的一張圖就能直觀表達出來：

信號源提供一個單頻的電信號送給被測試的電路網絡，用示波器觀察經過這個網絡以后的電信號，跟信號源的激勵信號對比，就可以分析出被測電路的特性，單頻的電信號只有兩個參量 -?電壓和相位（或頻率），通過計算這兩個參量的變化就可以推算出電路中的阻抗、感抗、容抗，而使用不同頻率、不同幅度的信號就能夠分析出被測的電路網絡的全貌 - 對整個頻段的響應、對不同大小信號的反應。

比如，將一個理想的方波信號送到一個電路網絡，在示波器上可以看到下面的波形，我們通過波形的形狀就可以分析出電路的特性：

不同特性的電路網絡對理想方波信號的響應

不同的波形揭示了電路的不同特性

任何實際的電信號都是多種頻率電信號的疊加：

我們在時域上看到的非正弦波形的信號，以及那些不規則波形的信號，都可以分解成多個不同幅度的單頻正弦波信號的疊加 - 感謝傅立葉！

方波信號的構成

因此，對采集到的電信號進行FFT變換，從頻域對電信號進行觀察和分析也成了示波器的標配分析功能，雖然簡單的FFT變換相對于專業的頻譜分析儀顯得很初級，但它畢竟是一種性價比非常高的觀察方式。

無論示波器的FFT還是專業的頻譜儀，只是把一根根譜線給我們顯示出來了，如何解讀還需要工程師自己的“大腦”，當然是基于對信號的理解，比如下圖中的多個譜線來源于電路的不同特性，從每個譜線的大小就可以判斷電路是否存在串擾、失真、電源噪聲等，往往通過示波器的時域波形很難判斷出來，因為它們都疊加在一起，一粒芝麻粘在西瓜皮上是很難分辨出來的。

我們做研究最重要的是化繁為簡，剛才講過無論多復雜、多奇怪的電信號波形，我們都可以把它們分解成多個單頻信號，而每個單頻信號都可以用下面的幾個特征參量來表示：

對于脈沖信號，其特征：

上升時間：脈沖邊沿從低電平到高電平的時間

下降時間：脈沖邊沿從高電平到低電平的時間

脈沖寬度：脈沖從低到高，再從高到低的時間，以全電壓的50%為測量基準

脈沖信號占空比/延時

信號幅度特征：

參數：

幅度 - 準確度、調節的分辨率

動態范圍 - 從最小信號到最大信號的跨度（dB）

直流偏移 - 在交流信號上疊加的直流分量

輸出阻抗 - 一般為50

與幅度測量相關的一些指標：

與信號時間特性相關的一些指標：周期/頻率/相位

頻率范圍

頻率準確度

頻率穩定度

可調頻率精度

信號時間特性-相位

信號的差分傳輸：

差分信號抗共模干擾能力強，

但要注意走線，否則會導致脈沖噪聲

我們也會測試一些復合信號：

調制波形：

模擬調制

數字調制

脈寬調制

正交調制

數字模式和格式

偽隨機數據流

以上簡單總結了一下我們用示波器觀察的常用的電信號的主要參數以及類型，在下一節的課程中，我們來看一下一個能夠觀測這些信號的標準的示波器是如何構成的？

一部精品課，學到嵌入式系統的精髓 + 理解測試測量的核心概念！