各种功能的手持式示波器大盘点
2011-12-28
曾被认为是桌上型款式的小兄弟手持式示波器（handheld oscilloscope），但现在它们的性能水平大致上已经可与大哥哥们相匹敌，并且还增加了桌上型仪器所无法提供的电池供电作业和可移植性（portability）。为了找出这类仪器的致胜方式，长沙艾克塞普仪器设备有限公司首席应用工程师Tony对下列四款价格差异很大的手持示波器产品进行了一项全面性的评估。
Fluke 199C（200 MHz，双通道，$2,999）；
AEMC OX 7104-C（100 MHz，四通道，）；
Agilent Technologies U1604A（40 MHz，双通道，1）；
Protek 860F（60 MHz，双通道，）。
Tektronix 也有一款手持式示波器 THS730，但该公司决定不参加此次的评估。我以Agilent的20 MHz 的函数产生器Agilent 33220A来作为信号源。
这四款型号示波器都有内建的数位万用电表（digital multimeter，DMM），并且都有示波器探针（probe）和 DMM 探针。除 Fluke 以外，其它款式的标准配置中都包括了通信缆线和软件。它们均能提供 RMS 电压、峰值到峰值（peak-to-peak）电压以及频率等测量。所有仪器都有某种形式的频谱分析功能，并且除 Protek 以外，其它的款式都带有一个数据记录器（data recorder）。
Agilent 与 Protek 的这两款产品不仅在价格上相当，而且它们的韧体和软件也让我相信：它们的来源相同。因此我把它们列在一些，仅指出它们的相似处和差异性。
对手持式示波器，有些东西的意义要高于桌上型仪器。例如，电池寿命、现场更换电池的功能，以及在日光下屏幕的可读性等，这些因素对桌上型示波器并没有太大的意义。
AEMC OX 7104-C
AEMCMC 的 OX 7104-C 是市场上的一款四通道手持式示波器。它有 12位的分辨率、100 MHz 的带宽，以及触控屏幕显示，这些让它可以在性能表列中名列前茅（图 1）。你最好需要可携能力（AEMC 还有一款 3995 美元的双通道版本），才能证明其 5,995 美元价格的合理性。否则，你能找到很多性能和价格都差不多的桌上型示波器，不过，与 AEMC 的 12位分辨率相比，它们基本上都只有 8位的分辨率。
OX 7104-C 最突出的物理（physical）特性是它的触控屏幕和探针。探针缆线透过永久连接的适配器接到示波器的上方。只要你接上探针，仪器就会知道，它并且会检测探针的衰减等级。探针可提供就近照明（handy light），此一照明可透过探针把手上的一个按键来进行控制。
AEMC 的交流主适配器很大，但电源是在内部（inline）。因此，它的标准交流插头只占电源插座盒（power strip）上的一个位置。电源线（power cord）的示波器端有一个四脚插头，它看起来似乎能以多种方式插入。但所幸不是这样。
你也可以用独立的适配器，它提供连接缆线用的 BNC 插座。我用一个适配器将一台函数产生器连接到示波器上。其它适配器提供了用于 DMM 探针的香蕉插座（banana jack）。它很好用，因为你能够将多个通道混合与匹配，从而将示波器探针、DMM 线，或一些配件（如电流探针）连接到任意通道上。本次评估中的所有其它示波器都有两个示波信道和一个 DMM 信道。
触控屏幕可以让你不用按键就可以操作仪器，不过按键排列得很整齐。如果你用触控笔，可以有一种以上的方式来启动某一功能。例如，可以轻点屏幕上信道的彩色框或透过菜单来改变一个信道的配置。不用时，触控笔可以放在机壳的背面。
AEMC 的手持式示波器带有一个谐波分析仪，是为电源质量分析而设计的，覆盖范围为40 Hz 到 450 Hz。在低电压时，直到 5 kHz 我都能获得可靠的结果。我用一个正弦波和一个方波来对分析仪进行测试，如我所预料的那样，只看到了正弦波的基波和方波的奇次谐波。
谐波分析仪可显示到一个信号频谱的第 30 阶谐波，每个谐波下面有一个检查方框（check box）。点击该方框就可以显示该谐波的波幅与相位信息。屏幕亦可显示信号的 RMS 波幅和总谐波失真。
AEMC 的 SX-Metro 软件可以将 OX 7104-C 的数据输入到一台 PC，并远程控制示波器的工作（在示波器模式）。我先用 RS-232 连接，PC 很快识别出了示波器。而用可选的以太网连结时情况却不同。我必须进入 SX-Metro 的 Options 功能选单之中，修改 IP 地址，以便与示波器相匹配。我的 PC 上不断出现通信错误，因此我还是回头去用 RS-232 来进行软件评估。
如要对PC 传送一幅屏幕影像，就必须使用示波器的档案管理员。我发现它的用法不清楚，要多次尝试后才会明白。我还发现，通信缆线的插头很难插。你必须按住插头的释放键，才能插入插座，不仅如此，接下来还必须轻微地摇动插头，以确保连接牢固。如果推的力气太大，可能会弄坏夹子。另外，要小心用于通信和电源接头的塑料盖弹起，不过盖子是连接到设备上的，所以不会遗失。
AEMC OX 7104-C 是一款强大的仪器。它的带宽和分辨率都足以成为很多桌上型示波器的替身，并且它还有独一无二的能力，即将其四个通道来与示波器与 DMM 输入进行混合和匹配。虽然该仪器有一些怪癖，尤其是在储存供 PC 下载的档案时，并且它的价格似乎过高。
Fluke 199C ScopeMeter
Fluke 199C ScopeMeter 的价格只有 AEMC 的一半，但却将近是Agilent 和 Protek 产品的两倍，在这批仪器中它有最高的带宽（200 MHz），以及最高的采样率：2.5 Gsamples/s（图2）。Fluke 是手持式示波器市场的提倡者，而 199C 距最初的 ScopeMeter 已经有了相当大的进步。与其先前的产品比较，199C 好用多了。虽然按键靠得有点近，但排列整齐，且四个软键（soft key）也易于理解。
在这四款评估的产品中，它的屏幕是最大的。室内使用时明亮清晰，但塑料盖反光太强，在室外无法看清扫描线。示波器左侧有一个提带，不过提带也可以移到右侧，这让它成为这四款机型中唯一一款适用于左撇子的机型。不过移动提带后会盖住通信埠。Fluke 示波器亦带有最坚固的支架，也是唯一一款有提带，可以悬挂使用的机型。
ScopeMeter 有两个专用按键，分别标着“Zoom”（缩放）和“Replay”（回放）。缩放键可将 time/div 减半，这样就能快速地将波形放大 2 倍。回放键给出了一个过去的链接，可以按逆时间顺序查询最后 100 个的屏幕显示。当退出回放功能时，数据就遗失了，因为示波器要开始继续记录另外100 个屏幕的数据。
Fluke 记录器的功能很突出。它有三种模式，其中两种用于示波器，而不只是用于 DMM。示波器的趋势图（trend plot）可以用于记录一些测量值，如 Vpk-pk、VAC、上升时间和频率。我用它来记录 Vpk-pk 和频率，因为它们在函数产生器上很容易改变。Scope Record 选项可以将一长串示波器的撷取存到设备的内存中。DMM 记录器可以绘出某个选定的 DMM 测量。我选择的是 VRMS，并产生一份趋势图。
趋势图可以让你看到一个信号的长期变化。199C 会一直记录数据，直到填满内存，然后会压缩数据以释放出一半内存，于是使设备的容量加倍。记录的大小为每一输入 27,000 个点。你可以设定仪器为当内存满时停止记录，并且可以用 time/div 键增加或减小 time/recorder 屏幕。
FlukeView 软件可以从仪器的屏幕获得一张快照（snapshot），但它并不能提供实时的示波器更新。它还提供该仪器的有限在线控制（limited online control），前提是你能从程序的 Instrument 菜单中发现此一功能。你可以改变模式（示波器、仪表、记录器），并且可以取消（recall）设置。可以用记录器实时捕捉 DMM 的测量，以及将设置、打印，和日志数据储存到 PC。另外还可以在第一次下载一个波形后，获得一个输入信号的频谱。
Fluke 199C 是一款功能强大的手持式示波器。如果你是左撇子，它是你唯一的选择。在电气应用中，你经常需要腾出双手，此时提带就很有用了。该软件擅于下载数据，以便进行离线的保存和分析。也许唯一的不足之处是高度反光的屏幕盖。
Agilent 与 Protek 的设备
由于这两款仪器拥有惊人的相似之处，不可能只提到一款而忽略掉另一款。因此，我先讨论一下它们的相似之处，然后再指出两者的差别。
这两款仪器的使用者接口都使用了四个软键和一个转盘（wheel）。（我发现 Protek 的转盘容易旋转，而 Agilent 的困难些，经常需要用上两只手。）软键可用来设置参数，如示波器的垂直和水平刻度尺、触发、测量功能、算术及实用程序（utility）等。有一款实用程序可以打开或关闭用于闪存的仪器 mini-USB 连接端口和标准 USB 埠。但必须到工具菜单中找寻才能发现打开 USB 埠的设置。在 USB 关闭时，无法进行通信或访问（access）闪存。
测量功能包括峰值到峰值、RMS、频率、上升时间和下降时间。进行测量时先按一下相对应的软键，并用转盘浏览各个选项。算术菜单可以用于选择 FFT 以及滤波窗口（Hamming、Hanning、Blackman 或矩形），并且可以在屏幕上实时获得频谱图。
按下Meter 键，会出现一个有三个软键选项的空白屏幕：Volt Meter（电压表）、Ohm Meter（奥姆表），和 Aux Meter（辅助表）。按辅助表（F3）键，可以选择温度、电流、湿度和压力。对电压表而言，你可从其中选择 AC/DC、最小/最大以及相关的测量。要回到其它电表功能时，必须按 Meter 键，这样就回到最上面的 Meter 菜单；这里没有“back”（返回）键。按奥姆表键可以测量电阻、二极管、连续性（continuity）和电容。（不过我还没有找到藏在奥姆表中的电容。）你可以重复按 F1 键来进行选择。
