3．混合信号示波器

混合信号示波器是一种特殊的数字实时示波器，其本质是在传统的实时示波器的2个或者4个模拟测量通道的基础上增加了额外的16个数字逻辑通道（也有厂商提供18个或36个）。图2.8是20世纪90年代HP公司发明的第一款混合信号示波器546xxD。

图2.8 早期的混合信号示波器

增加数字通道的好处是可以同时测试更多路的数字信号。虽然示波器的模拟通道既可以用来测量模拟信号也可以测量数字信号，但是有可能会不满足数字测试对于通道数量的要求。例如，数字电路调试中可能会需要同时测试很多路数据线、地址线和控制线，这时2个或者4个通道就不太够用了。要测量多路数字信号还有一个选择是使用逻辑分析仪，因为逻辑分析仪可以有几十到几百个通道。但是由于逻辑分析仪没法观察信号质量（有些逻辑分析仪可以配合示波器观察信号质量，或者扫描出信号的眼图，但是毕竟使用场合受到一定限制），除非用户是做纯数字的大规模FPGA或微处理器开发，否则还是离不开示波器做信号调试，而混合信号示波器很好地平衡了数字和模拟测试的需求。图2.9是用混合信号示波器对模拟、数字信号同时进行测试的例子，可以看到，混合信号示波器可以实现模拟信号、多路数字信号的同时测试，并且可以清晰看到各路信号之间的因果和时序关系。

图2.9 混合信号示波器测试举例

真正的混合信号示波器并不是简单地把一些数字逻辑通道额外增加到示波器显示屏幕上，其最大的挑战在于示波器和逻辑通道功能的无缝融合。有些示波器厂商会在示波器主机外部额外增加一个逻辑通道的模块，然后与示波器互相触发，并把逻辑通道的数据显示在示波器屏幕上。严格意义上这只是实现了1+1的效果，并没有达到1+1＞2的目的。对于真正的混合信号示波器来说，其示波器能在模拟通道上实现的功能，例如信号观察、自动测量、时序触发、总线解码甚至无限余辉显示等，在数字通道上都应该可以实现，而且两部分的时基和触发电路应该是融为一体的，这样才能充分借用示波器在信号调试和测量上的强大功能。图2.10是HP公司当年的54645D示波器内部的触发电路的框图，可以看到，HP为其专门设计了触发电路，模拟通道（A1～A2）和数字通道（D0～D15）共用触发电路，因此可以很好地共用触发条件以及协同触发。

图2.10 HP 54645D混合信号示波器的触发电路

现代的混合信号示波器的数字通道能力已经得到突飞猛进的提高，例如示波器可以达到33GHz的模拟带宽，使用80GSa/s或100GSa/s的采样率，同时其内部集成的数字通道的最高的采样率可以达到20GSa/s，广泛用于DDR3、DDR4等多路高速信号的时序分析。现代的混合信号示波器如图2.11所示。