Pico6000示波器使用心得

电源

` 本帖最后由 hkacoandy 于 2014-12-23 10:35 编辑

原文作者：coflynn 译者：虹科Andy

如果你想要购买一台示波器，我希望这个文章对你有用。

这里介绍的是pico6000系列的6403D这个型号的示波器，因为它的费用是中等的。它有350MHz的模拟带宽和5GS/s的最大的单通道采样率，这个采样率也可以在等效时间采样（ETS）模式下上升到全通道50GS/s。这里要介绍一些特殊的对你有用的东西。

一、硬件、包装和第一印象

这个示波器使用一个塑料盒包装的，里面也含有电源适配器，还有适合于任何国家标准的插头。这个盒子可以装下你所有的要用到的东西。这个示波器看起来是非常坚固的。它可以通过USB3.0（或者是USB2.0，在电脑没有3.0的时候是兼容的）连接的，或者通过它自身的电源适配器来供电。那些高级的功能如FPGA何ADC等都是可以USB的供电的状况下完成的。另外，当你不连接示波器的时候，示波器会自己掉电而不用通过额外的开关来控制。下面的这个图片是来自于pico官网的。

图1 pico示波器官方宣传图

如果pico不允许的话，我将会移除这张图片。你应该在pico官网上（http://www.picotech.com/highest-performance-oscilloscopes.html）仔细地看一下示波器拥有的所有功能，或者是通过其他的网页的介绍来看，因为我在这里介绍不了那么多功能特征的。

在picoscope软件中最大的改进是探头。探头只有用在实际的板子上才会让人更好地理解它的功能特点。Pico6000系列的示波器的探头的外观是很好看的，并且又是那么的小，还有一个弹簧支撑的可以更换的尖端。我在万用表上用过他们的这个探头，个人觉得很好用。你可以让它牢牢地与SMD零件相连接，或者是轻易地穿过通孔阻焊。可以替代固定的尖端和带弹簧的尖端最多也就几十美元，所以你不用担心弄坏你的探头尖端。也有特殊的可以适用于0.5mm,0.6mm,0.8mm,1.0mm和1.27mmSMD零件的非固定的尖端，但是这些并不是标配的。你可以购买一个TA065探头来实现这个功能。

图2 pico探头

[size=14.0000pt]二、软件信息

因为它是一个PC示波器，所以没有物理按钮，这些可能会让某些人觉得不习惯。但是我本身就很喜欢PC示波器，因为我曾经尝试过通过前面板来进行连接，或者是获得一些输入电压的偏置。我自己用Teensy++2.0或者是AT90USBKEY与一些译码器来制作了混合按钮输入。在YouTube上可以看到我的一些视频演示。

软件中的多重视窗将会是一大亮点，你可以在一个窗口里观察两个通道的输入和一个窗口显示FFT频谱，一个窗口看FFT频谱和一个窗口观察数字通道等。你仅仅是受到了屏幕的大小的限制。如果你用的是屏幕很小的示波器的话，你应该要用到一些类似于100x的偏置来控制一些混叠的现象的出现。

下面来谈谈FFT，这是一个非常实用的功能，因为它可以给你提供比任何其他的示波器都长的FFT长度。力科的就有非常大的限制，就算是安捷伦的也是有很多限制的。这是不得不考虑的因素。

你也可以下载一个“demo”模式的软件来试用，还有一些其他的隐藏起来的特征，这些都是在一些按钮里面的，你在第一次用的时候可以尝试去发现更多的功能，你终会发现它是多么的实用。

[size=14.0000pt]三、测试一些特殊性能

等效时间采样（ETS）

在等效时间采样的模式下，你可以通过一些微小的相位的变化来组合你观察到的波形。pico声称可以在2个通道里有50GS/s的采样率，并且在单通道的时候可以高达200GS/s。

虽然说模拟带宽只有350MHz，但是你可以用一个非常高的分辨率的相位测试。需要检查的是你的时钟的设置是与数据线同相的，那么其他的东西就是很容易的了。比如在50GS/s的采样率下有20pS的分辨率，这些可以让你观察到在PCB通道上传输的毫米级的区别。所以在你制作一个非常高速的PCB集成的时候，你可以发现ETS是多么的好用。事实上，如果你是真的关心所有的测试的相位的差别的话，你可以在混合通道上进行这个操作。你可以通过升级系统来观察相位的基线的区别，如何可以观察到温度或者是电压的相位的变化。

频率响应

虽然模拟带宽只有350MHz，但是我发现也是可以在10MHz到1000MHz之间变化。你去看我的关于5000系列示波器的介绍的文章的话，你可以看到我是怎么样在高频的信号使用ETS模式的。
触发

pico示波器有一个非常高性能的触发机制。但是不足的地方是，缺少了像 I²C或者是系列类型的数字模式匹配。或者是你想要一个FPGA编程的时候，同样会遇到一些问题，但是它具有的窗口触发是非常的实用的了。

串行解码

它拥有大部分的串行解码的功能，可以适用于几乎所有协议的解码。根据我的经验而言，拥有串行解码的功能的示波器是非常好的，因为在你遇到一些不适合的连接的时候，它可以告诉你问题出在哪里，因为它只有1和0这样的数据，所以看起来是比较方便的。

pico的软件默认是包括了所有的解码模式，这样使用起来是非常方便的。波罩是可以让你看到那些波形是异型的，这样就可以通过解码来识别模拟信号哪里出错。

任意波形发生器（AWG）

任意波形发生器可以让你生成一束想要的波形，同样也伴随着白噪声等外部输入的信号，这个是非常利于通讯测试的功能。但是“任意”就意味着你可以生成任意的波形的。一个非常好的特征是你可以直接地将它作为一个嵌入式设备，可以在一个通道上获得波形并将其反馈回来，但是会有微小的时间或者电压方面的扭曲（毛刺）。

API编程模式

一个最大的特征是这个设备拥有可以将它作为高速的前端模拟器。输入端可以调为50Ω阻抗，这个可以让它跟你的硬件或者是测试设备完美连接。

之后你能做的是高速的数据转换，而且也支持USB3.0连接时使用流模式。另外有外部时钟输入的功能，那样你可以将它与其他的时基同步。或许你还会需要一个外部的PLL设备来匹配pico示波器内部的允许的范围，并且像CDCE906 PLL这样的芯片也是可以工作的。我也做了一些Phython 的接口，这里是代码链接：https://github.com/colinoflynn/pico-python

四、跟其他工具进行比较[size=12.0000pt]1. 与安捷伦或者是泰克的低费用示波器对比

安捷伦和泰克都有一系列低费用的示波器，安捷伦的X-2000/X-3000/X-4000的储存空间是非常小的，只有4MPts,安捷伦的貌似好一点，但是你也只有20MPts，力科的就好一点，pico的就拥有更大的储存空间。在pico示波器上，你也可以用一些分段储存的方法来捕捉连续的事件，所以你不一定要捕捉一大块的数据，关键是这些是免费的。一些示波器可能会支持一些分段储存的功能，但是可能需要另外付费的，所以在选择示波器之前需要看清楚了是否需要另外付款的。

一个显目的特点是pico示波器拥有的可以对记录的数据进行平均的功能，比如说在采集到的最后的100个波形中，你可以将他们进行平均，而且只需要进行一个“stop/go”的操作就可以将缓存区的数据删除。

安捷伦的X-3000系列有64KPts的FFT储存长度，pico的储存深度更大，而力科的只有小小的2KPts，这是远远不够的。

与实时频谱分析仪的区别

对输入信号进行频谱分析与频谱分析仪是怎么样工作的是两码事。一个频谱分析仪可以高效地将一个带宽的波形进行平滑处理。FFT是将一个时域的信号转换为频域的信号。这里需要提醒的是，在数字转换的时候，FFT可能会出现一些错误。你也必须要有一个合适的在波形附近的“窗”，这个窗可以解决一些问题：一个正弦波将会要求有一个无限长的时间表达式。明显的是我们不能这样做，所以一个有一定宽度的时间域的“窗”是非常有必要的。

图3 安捷伦频谱分析效果

因为频谱分析仪是直接对频谱进行操作的，所以不会有这个缺陷。上图是我用从较好的信号发生器生成的一个10MHz 的信号连接到安捷伦的频谱分析仪上的效果图。

一个用50Ω的输入可以将一个信号发生器的输出完美连接，同样的波形用pico的示波器进行FFT变换的时候是这样的。

图4 pico软件进行频谱分析的效果

这些是非常相似的，但是不是完全一样的。你可能会需要一个SA来进行一些任务，但是你可以只用你的示波器得到完美的谐波。大的带宽是一个大型的给任务添加的脉冲，在放大和缩小的功能的辅助下可以观察到FFT上的大量的点。

与其他的安捷伦示波器对比

这里对比的是一款安捷伦的MSO54831D，拥有4GS/s采样率，600MHz模拟带宽。第一个测试中我用的是一个有很好的相位匹配（为了高频的RF）或者是可以为4个通道通过15MHz的正弦波的分流器。如何我在软件中实现了数学计算：通道A-B和C-D。结果如下所示，可以看出在输入一样的情况下，所有的通道是搭配得多么紧密。

图5 安捷伦做通道计算

在pico示波器上做同样的事情的时候显示为：

图6 pico软件进行同样的通道运算

在pico的示波器的测试中，也显示了输入的信号，而输入的信号在安捷伦的测试中是很混乱的。这些结果显示得很完美--因为我不知道我的分流器是多准确，所以我不能确定在测试中应该看到多少噪音。但是安捷伦或者是pico的软件是在同样的环境中的，所以我们能将它们放在一起测试。它显示出pico的6403C比安捷伦的好很多。两者拥有同样的参数，所以这是一个对前段模拟的保真度的逼真度测试。

在最后的一个测试中我用的是一个30MHz 的方波，下面是在安捷伦上用50Ω阻抗的显示结果。我将16条波形进行平均了以便让它显示得更加清晰。

图7 安捷伦显示30MHz方波的效果(加平均)

在pico软件上，同样用的是50Ω的阻抗，但是没有使用平均的时候显示的波形：

图8 在pico上显示30MHz方波的效果（不加平均）

跟力科示波器对比

这里用到的是一个参数非常相似的力科的示波器DS4034：它拥有350MHz模拟带宽和4GS/s的采样率。如果你想要一个协议解码，力科需要增加2700美元的额外的费用，而pico的这个功能是免费的。这一部分将对DS4034和6403C进行对比。在6403C上有一个更快的能够达到5GS/s的单通道采样率。力科和pico都有多通道的线性扫描（力科的是4通道每通道1GS/S，而pico的是4通道每通道1.25GS/s）。

力科的储存大小比较小，只有140MPts，而pico的是512MPts。同样的在高的采样率下的记录时间也是有很大的可比性的，力科的在最高的采样率的时候只有35mS，而pico的是102mS。这个就可以在尽可能高的采样率的情况下使用所有的储存空间。其他的示波器可能有更小的存储空间，这些的话基本就不用放在考虑范围。

力科的关于ADC类型的表述永远都是有误导性的，这些会让人留下很不好的第一印象。比如说他们有12位的分辨率，伴随的时基是足够大的了。唯一的一个需要说明得是在垂直分辨率中8位的分辨率会被弱化。在pico的说明书中明确地指出了你可以获得8位的ADC，而且这个利用软件通过滤波可以上升到12位分辨率。

在垂直测量的时候，力科稍微比pico的好一点，因为力科有±5mV的测量范围，而pico的有±50mV。但是，力科的说明书中没有提到的是前段的杂波，这是不太好的，因为在你的测试设置中很容易发现这些杂波的。你最好用买一个或者自己建立一个为测试点放置一个放大器，并且用一个大的输入测试信号。

pico6403C和力科都可以让你把内部时钟跟外部的时钟同步，而6403C拥有一个更大的允许的同步的频率范围。在6403C上是用过API来实现的，而不是通过提供的PC软件来实现。但是我相信95%的人会使用同样的方式来实现的，比如当你在做SDR的时候用的是6403C作为前端，你会发现这个个特征是你想要的。

在力科的触发上有很多选项，例如触发模式，I²C，串行等。这个在现实中是很实用的。pico和力科都有一些高级触发模式（窗口触发，脉冲宽度等），但是pico支持的触发模式更多。请注意：力科的一些额外的触发模式是要另外付款购买的。

在6403C中有一个叫做ETS的模式，这个可以让你把你的采样率上升到50GS/s。这就意味着你在时间采样上有20pS的分辨率，这些在力科示波器那里是没有的。有一个忠告是你测试的波形要是稳定的。如果你想要检查两个时钟的相位的排列，特别是在一系列DUT的电压和频率的时候，这是一个非常快速的方法。

在不同的设备中的通道是被隔离的。Pico示波器的是1:1000，也就是60dB。在力科中是40dB，也就是1:100。所以在理论上，如果你在力科示波器上显示一个5V的信号的时候，它的高达50mV的部分将会进入到其他的通道中，在pico中只有5mV。

其他的一些提示：pico和力科的示波器都有FFT模式。力科的FFT模式限制是2048个点，也是非常低水平的分辨率。FFT的一个问题是你不会获得中心频率，这就像在频谱分析仪上显示的一样。永远都是从0MHz开始的，所以在你想要观察一些在100MHz的部分的时候，你不得不差不多都要看完所有的频谱范围，然后将100MHz的地方放大。所以说在低频的时候2048个点还是可以用的，但是在高频的时候就真的不能用了。

力科的一个特点是拥有I²C和SPI等触发模式，但是它不是真实地把这些协议解码。你不得不另外购买一些你需要的协议的解码：比如UART就要500美元，I²C需要另外的500美元，CAN的也是500美元。在pico的软件上所有的这些协议解码器都是有的，并且他们一直都会更新的，使得用户能够完美应用。最近它又添加了一个LIN的解码器，我相信如果力科示波器也有这个功能的话，估计也是要500美元的。

五、总结

很高兴的是你可以在这篇文章中获得一些你想要得到的东西，我也希望以后的日子里能够用一些新的设备来进行对比。在文章中我已经将我所看到的所有的东西放进去了，这些也是我在使用示波器的时候遇到的一些问题的汇总。

选用示波器的建议：

（1）与快速的ETS模式相结合的快速的采样率将会让你拥有做所有测试的能力；

（2）要有足够长的FFT长度--这是在实际中非常实用的，特别是在你需要很高的频率分辨率的时候。不过需要记住的是：FFT永远都是从0MHz开始的，这个频谱分析仪是不一样的；

（3）配套巨大的存储空间；

（4）能够提供API函数，先进的Python脚本库文件；

（5）可以免费获得支持大部分协议的解码功能；

（6）提供高性能的示波器探头-带弹簧夹和够细的尖端，这可以让探头无缝连接；

（7）拥有非常快速的USB3.0连接；

（8）提供便携的箱子；

补充说明：

（1）USB的地线是跟示波器的地线连接在一起的，所以必须要注意的是不能让它们之间有电压差，否则你的示波器有损坏的可能。我测试过的示波器都有跟它们的探头地线连接的线。pico就是这样的，安捷伦也是的。