一、现代测量仪器技术的发展

测试测量仪器是电子工程师进行产品设计和验证必不可少的工具，从1939年HP公司开始生产测量仪器并成为硅谷发源地以来，仪器行业一直见证和推动了电子技术的发展。

早期的仪器以特定功能的硬件为主体，用按键和旋钮进行控制，并用简单界面显示基本参数的测试结果。以频谱仪、信号源、矢量网络分析仪、示波器、万用表为代表的通用仪器奠定了电子测量行业的基石。传统的测量仪器如图1.1所示。

图1.1 传统的测量仪器

从20世纪80年代开始，由于处理器和操作系统性能的提升，传统仪表的硬件开始与软件分析功能融合。仪表中大量借助软件进行硬件特性修正或数据处理，甚至进行FFT变换或解调等复杂的分析。由于软件能力的提升，传统单一功能的测量仪表具备了强大的信号分析功能，而开放的Windows操作系统和计算机接口为功能扩展提供了良好的基础。现代的测量仪器如图1.2所示。

近些年来，随着云计算、大数据、物联网产业的发展，大量的数据传输需求迫使有线和无线传输网络的带宽快速提升。服务器端的接口速率每24个月增长一倍，100Gbps的接口已经在核心网和高端服务器上广泛应用，而下一代5G无线通信的信号速率也会达到1Gbps以上并采用毫米波技术。为了应对电子行业这些快速的变化和需求，现代的测量仪器中融合了大量微电子、数字信号处理、计算机、软件及移动互联领域的最新技术。

传统的测量软件完全依附于特定的仪器硬件平台上，一方面数据的后分析占用了大量仪器使用时间，另一方面软件中积累的测量经验不能得到更广泛利用。例如示波器的软件中集成了很多算法，小到如何根据信号电平的直方图分布统计高/低电平并计算上升时间，大到如何从高速串行码流中分解出随机抖动、确定性抖动并进行总线解码等，都是几代人积累下来的测量经验。为了更广泛地应用这些算法和工具，现代的测量软件已经可以独立于测量仪表本身。例如现代示波器的测试软件既可以安装在示波器中，也可以安装在个人计算机上，两者是同一套软件，具有同样的用户界面和分析算法。仪表采集的数据，可以直接在示波器上进行测量分析，也可以将波形数据通过U盘或网络复制到个人计算机或远程客户端上，再用测量软件打开分析。这种架构使得仪表的利用率得到有效的提升，也方便了数据的共享。

图1.2 现代的测量仪器

作为电子测量领域最广泛使用的测量工具，现代的示波器已经是一套非常复杂的分析调试系统，也是工程师做电路调试分析的有效工具。但遗憾的是，很多工程师朋友仅仅会使用示波器最最基本的功能，遇到复杂的问题时不能充分发挥手头工具的效力。而厂家提供的仪器使用手册、市面上流行的资料等则与用户的实际应用结合较差，读起来枯燥无味，无法很好地转化到日常使用中。本书素材来源于作者十多年来的积累，根据用户实际使用示波器的问题，结合实际应用，全面、系统地讲述了现代示波器在各种复杂应用场合的测试和使用技巧。

本书对于数字示波器的工作原理、探头类型及应用场合、触发电路使用技巧、测量方法、精度分析、电源测试方法、时钟测试方法、射频信号测试方法、信号完整性分析、波形分析技巧、数学函数使用、数据后处理、电路故障调试、芯片测试、高速总线测试等方面的真实应用案例进行了剖析和整理。

希望通过本书的介绍，使得广大工程师朋友们能够更好地理解和学会应用现代数字示波器的高级功能，以发挥示波器这种常用工具对于电路调试和分析的效用。