各種功能的手持式示波器大盤點
2011-12-28
曾被認為是桌上型款式的小兄弟手持式示波器（handheld oscilloscope），但現在它們的性能水平大致上已經可與大哥哥們相匹敵，并且還增加了桌上型儀器所無法提供的電池供電作業和可移植性（portability）。為了找出這類儀器的致勝方式，長沙艾克塞普儀器設備有限公司首席應用工程師Tony對下列四款價格差異很大的手持示波器產品進行了一項全面性的評估。
Fluke 199C（200 MHz，雙通道，$2,999）；
AEMC OX 7104-C（100 MHz，四通道，）；
Agilent Technologies U1604A（40 MHz，雙通道，1）；
Protek 860F（60 MHz，雙通道，）。
Tektronix 也有一款手持式示波器 THS730，但該公司決定不參加此次的評估。我以Agilent的20 MHz 的函數產生器Agilent 33220A來作為信號源。
這四款型號示波器都有內建的數位萬用電表（digital multimeter，DMM），并且都有示波器探針（probe）和 DMM 探針。除 Fluke 以外，其它款式的標準配置中都包括了通信纜線和軟件。它們均能提供 RMS 電壓、峰值到峰值（peak-to-peak）電壓以及頻率等測量。所有儀器都有某種形式的頻譜分析功能，并且除 Protek 以外，其它的款式都帶有一個數據記錄器（data recorder）。
Agilent 與 Protek 的這兩款產品不僅在價格上相當，而且它們的韌體和軟件也讓我相信：它們的來源相同。因此我把它們列在一些，僅指出它們的相似處和差異性。
對手持式示波器，有些東西的意義要高于桌上型儀器。例如，電池壽命、現場更換電池的功能，以及在日光下屏幕的可讀性等，這些因素對桌上型示波器并沒有太大的意義。
AEMC OX 7104-C
AEMCMC 的 OX 7104-C 是市場上的一款四通道手持式示波器。它有 12位的分辨率、100 MHz 的帶寬，以及觸控屏幕顯示，這些讓它可以在性能表列中名列前茅（圖 1）。你最好需要可攜能力（AEMC 還有一款 3995 美元的雙通道版本），才能證明其 5,995 美元價格的合理性。否則，你能找到很多性能和價格都差不多的桌上型示波器，不過，與 AEMC 的 12位分辨率相比，它們基本上都只有 8位的分辨率。
OX 7104-C 最突出的物理（physical）特性是它的觸控屏幕和探針。探針纜線透過永久連接的適配器接到示波器的上方。只要你接上探針，儀器就會知道，它并且會檢測探針的衰減等級。探針可提供就近照明（handy light），此一照明可透過探針把手上的一個按鍵來進行控制。
AEMC 的交流主適配器很大，但電源是在內部（inline）。因此，它的標準交流插頭只占電源插座盒（power strip）上的一個位置。電源線（power cord）的示波器端有一個四腳插頭，它看起來似乎能以多種方式插入。但所幸不是這樣。
你也可以用獨立的適配器，它提供連接纜線用的 BNC 插座。我用一個適配器將一臺函數產生器連接到示波器上。其它適配器提供了用于 DMM 探針的香蕉插座（banana jack）。它很好用，因為你能夠將多個通道混合與匹配，從而將示波器探針、DMM 線，或一些配件（如電流探針）連接到任意通道上。本次評估中的所有其它示波器都有兩個示波信道和一個 DMM 信道。
觸控屏幕可以讓你不用按鍵就可以操作儀器，不過按鍵排列得很整齊。如果你用觸控筆，可以有一種以上的方式來啟動某一功能。例如，可以輕點屏幕上信道的彩色框或透過菜單來改變一個信道的配置。不用時，觸控筆可以放在機殼的背面。
AEMC 的手持式示波器帶有一個諧波分析儀，是為電源質量分析而設計的，覆蓋范圍為40 Hz 到 450 Hz。在低電壓時，直到 5 kHz 我都能獲得可靠的結果。我用一個正弦波和一個方波來對分析儀進行測試，如我所預料的那樣，只看到了正弦波的基波和方波的奇次諧波。
諧波分析儀可顯示到一個信號頻譜的第 30 階諧波，每個諧波下面有一個檢查方框（check box）。點擊該方框就可以顯示該諧波的波幅與相位信息。屏幕亦可顯示信號的 RMS 波幅和總諧波失真。
AEMC 的 SX-Metro 軟件可以將 OX 7104-C 的數據輸入到一臺 PC，并遠程控制示波器的工作（在示波器模式）。我先用 RS-232 連接，PC 很快識別出了示波器。而用可選的以太網連結時情況卻不同。我必須進入 SX-Metro 的 Options 功能選單之中，修改 IP 地址，以便與示波器相匹配。我的 PC 上不斷出現通信錯誤，因此我還是回頭去用 RS-232 來進行軟件評估。
如要對PC 傳送一幅屏幕影像，就必須使用示波器的檔案管理員。我發現它的用法不清楚，要多次嘗試后才會明白。我還發現，通信纜線的插頭很難插。你必須按住插頭的釋放鍵，才能插入插座，不僅如此，接下來還必須輕微地搖動插頭，以確保連接牢固。如果推的力氣太大，可能會弄壞夾子。另外，要小心用于通信和電源接頭的塑料蓋彈起，不過蓋子是連接到設備上的，所以不會遺失。
AEMC OX 7104-C 是一款強大的儀器。它的帶寬和分辨率都足以成為很多桌上型示波器的替身，并且它還有獨一無二的能力，即將其四個通道來與示波器與 DMM 輸入進行混合和匹配。雖然該儀器有一些怪癖，尤其是在儲存供 PC 下載的檔案時，并且它的價格似乎過高。
Fluke 199C ScopeMeter
Fluke 199C ScopeMeter 的價格只有 AEMC 的一半，但卻將近是Agilent 和 Protek 產品的兩倍，在這批儀器中它有最高的帶寬（200 MHz），以及最高的采樣率：2.5 Gsamples/s（圖2）。Fluke 是手持式示波器市場的提倡者，而 199C 距最初的 ScopeMeter 已經有了相當大的進步。與其先前的產品比較，199C 好用多了。雖然按鍵靠得有點近，但排列整齊，且四個軟鍵（soft key）也易于理解。
在這四款評估的產品中，它的屏幕是最大的。室內使用時明亮清晰，但塑料蓋反光太強，在室外無法看清掃描線。示波器左側有一個提帶，不過提帶也可以移到右側，這讓它成為這四款機型中唯一一款適用于左撇子的機型。不過移動提帶后會蓋住通信埠。Fluke 示波器亦帶有最堅固的支架，也是唯一一款有提帶，可以懸掛使用的機型。
ScopeMeter 有兩個專用按鍵，分別標著“Zoom”（縮放）和“Replay”（回放）。縮放鍵可將 time/div 減半，這樣就能快速地將波形放大 2 倍。回放鍵給出了一個過去的鏈接，可以按逆時間順序查詢最后 100 個的屏幕顯示。當退出回放功能時，數據就遺失了，因為示波器要開始繼續記錄另外100 個屏幕的數據。
Fluke 記錄器的功能很突出。它有三種模式，其中兩種用于示波器，而不只是用于 DMM。示波器的趨勢圖（trend plot）可以用于記錄一些測量值，如 Vpk-pk、VAC、上升時間和頻率。我用它來記錄 Vpk-pk 和頻率，因為它們在函數產生器上很容易改變。Scope Record 選項可以將一長串示波器的擷取存到設備的內存中。DMM 記錄器可以繪出某個選定的 DMM 測量。我選擇的是 VRMS，并產生一份趨勢圖。
趨勢圖可以讓你看到一個信號的長期變化。199C 會一直記錄數據，直到填滿內存，然后會壓縮數據以釋放出一半內存，于是使設備的容量加倍。記錄的大小為每一輸入 27,000 個點。你可以設定儀器為當內存滿時停止記錄，并且可以用 time/div 鍵增加或減小 time/recorder 屏幕。
FlukeView 軟件可以從儀器的屏幕獲得一張快照（snapshot），但它并不能提供實時的示波器更新。它還提供該儀器的有限在線控制（limited online control），前提是你能從程序的 Instrument 菜單中發現此一功能。你可以改變模式（示波器、儀表、記錄器），并且可以取消（recall）設置。可以用記錄器實時捕捉 DMM 的測量，以及將設置、打印，和日志數據儲存到 PC。另外還可以在第一次下載一個波形后，獲得一個輸入信號的頻譜。
Fluke 199C 是一款功能強大的手持式示波器。如果你是左撇子，它是你唯一的選擇。在電氣應用中，你經常需要騰出雙手，此時提帶就很有用了。該軟件擅于下載數據，以便進行離線的保存和分析。也許唯一的不足之處是高度反光的屏幕蓋。
Agilent 與 Protek 的設備
由于這兩款儀器擁有驚人的相似之處，不可能只提到一款而忽略掉另一款。因此，我先討論一下它們的相似之處，然后再指出兩者的差別。
這兩款儀器的使用者接口都使用了四個軟鍵和一個轉盤（wheel）。（我發現 Protek 的轉盤容易旋轉，而 Agilent 的困難些，經常需要用上兩只手。）軟鍵可用來設置參數，如示波器的垂直和水平刻度尺、觸發、測量功能、算術及實用程序（utility）等。有一款實用程序可以打開或關閉用于閃存的儀器 mini-USB 連接端口和標準 USB 埠。但必須到工具菜單中找尋才能發現打開 USB 埠的設置。在 USB 關閉時，無法進行通信或訪問（access）閃存。
測量功能包括峰值到峰值、RMS、頻率、上升時間和下降時間。進行測量時先按一下相對應的軟鍵，并用轉盤瀏覽各個選項。算術菜單可以用于選擇 FFT 以及濾波窗口（Hamming、Hanning、Blackman 或矩形），并且可以在屏幕上實時獲得頻譜圖。
按下Meter 鍵，會出現一個有三個軟鍵選項的空白屏幕：Volt Meter（電壓表）、Ohm Meter（奧姆表），和 Aux Meter（輔助表）。按輔助表（F3）鍵，可以選擇溫度、電流、濕度和壓力。對電壓表而言，你可從其中選擇 AC/DC、最小/最大以及相關的測量。要回到其它電表功能時，必須按 Meter 鍵，這樣就回到最上面的 Meter 菜單；這里沒有“back”（返回）鍵。按奧姆表鍵可以測量電阻、二極管、連續性（continuity）和電容。（不過我還沒有找到藏在奧姆表中的電容。）你可以重復按 F1 鍵來進行選擇。
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