数字示波表功能设计

便携式数字示波表采用了LCD显示、高速A/D采集与转换、ASIC芯片等新技术，具有直流供电，体积小巧，重量轻，携带使用方便、可靠。因而被称为掌上数字示波表和工业示波器，特别在家用电器、工业电器设备的现场安装调试、快速故障诊断排除、设备运行状况监测、日常检查维护，以及野外移动作业等场合，不必继续搬运笨重的台式示波器上场。
数字示波表代表了当今电子测量仪器的一种发展趋势，有很强的实用性和巨大的市场潜力。本文介绍的ET521A更代表了新型数字示波表的主要特征。那么新在哪里？这是大家所关心的内容，容我细细道来。
1. 定位不同
我们知道，数字示波表是在数字存储示波器基础上发展起来一种新型便于现场检测、维修使用的手持型仪表。高速采样技术的成熟，液晶显示器件的普及都为数字示波表发展铺平了道路。数字示波表覆盖了数字存储示波器的基本功能；完成对被测信号波形捕获和显示、并自动计算处理、提取峰峰值、平均值、有效值、频率、周期等信号参数，还可以测量电阻值、二极管正向压降、开路短路等。
由于“出身”名贵，其设计理念一直沿用数字存储示波器所固有的使用习惯、功能组合。大凡使用过示波器的人，无不为繁杂的按键及旋钮操作程序而头痛。市场调查表明，拥有示波器的群体，测量高频信号，对被测波形做出详尽的分析，只占40%左右。众多使用者对波形的观测也只是定性的分析，如波形有无、是否正常。在这种情况下，使用数字示波器费时，费力，许多波形分析功能用不上，过多的投资也是一种浪费。
ET521A在设计之初，充分分析了终端用户的使用需求，分析了目前市面上所销售数字示波表的利弊之处。把产品定位在家电维修，机电设备安装，现场故障检测的使用场合，要求一定要操作简单，功能实用，价格便宜，携带方便。
为了实现上述定位的目标，首先把目前流行的数字示波表接近30个按键的设计，减少为只用9个按键，加上一个编码开关，其中还有二个按键与编码开关具有相同的功能设置。按键的简化，使操作过程也变得简单多了。尤其 “自动”波形捕捉功能，连没有使用过示波器的人也能“轻而易举”的按键，显示被测信号的波形。为了进步减少操作的复杂性，省略了光标设置，通过按键选择，将数字读出得正、负峰值、峰峰值、频率、周期等测量参数与被测信号的波形同屏进行显示。操作者无需调节，可以对测试结果做到“一目了然”。
一个新的用户，面对厚厚一本使用说明书倍受“煎熬”。繁琐的文字描述，语句严肃的警告提示，严密的服务措辞，根本没有人性化可言。ET521A独具风格的中文帮助窗口的设立，力争不看说明书也能指导直接使用本机，是一种以人为本理念更新的尝试。在使用过程中，操作遇到障碍，通过帮助按键，随机弹出帮助窗口，每按一个功能键，就会出现相对按键的定义及操作步骤的提示文字，省去寻找产品使用说明书，查询相关章节“照本宣科”的麻烦。
体现人性化的第二个方面是特别的结构设计。纵观各种各样的数字示波表，基本都以立式结构为主。过多的按键设置，也失去了便于单手操作的便利。ET521A在简化按键的同时，将结构变化为横式，更容易单手操作。试想一个人单手操作时，习惯性的是左手掌管仪表，运用左手拇指操作能够够的着的按键，这样在上下空间就不能太长，否则左手拇指够不着，就失去单手操作的意义。也可能外国人拇指过长，反正中国人使用立式数字示波表起码是不方便的。ET521A 在左手掌握表的位置有一条可以调整长度的护带，从而保证单手操作的可靠性。F1~F5按键及编码开关的位置，正好可以用左手拇指方便操作。
在结构上细节的考虑是考量为用户设计理念是否到位一个重要标志。ET521A的后盖板采用二次注塑，二侧为软胶覆盖，增加了手握的舒适性和平躺时的防滑性。盖板里面装有备用保险管，在紧急情况下方便更换保险管。所有按键设计高度低于前面板边缘高度，防止按键受挤压误动作。而万用表按键与示波功能完全分离，使误操作几率大为降低。液晶显示窗口透明镜采用纳米技术防磨花加硬处理，避免经常使用造成透明镜划伤，影响液晶显示。万用表输入端口采用不同连接，电流端口有可以从顶端直接旋开的保险管护套，考虑了更换保险管的方便。在电感测量端口，随机配带的高压测试表笔是不能插进去的，必须采用专门配带的电感测试线；而晶振与三极管测试又必须使用随机附件。从而避免人为误操作造成对本机的损坏。

2. 功能组合
一般数字示波表仅是一个数字存储示波器的小型化产品。而现场故障检测又需要多种检测功能的组合，实际上又不允许携带各种各样的仪器到场。随着科技进步，部分厂商开发的示波表已经增加了一些万用表功能，叫做万用示波表或示波万用表，基本上“换汤不换药”功能不相上下。ET521A的开发，首先研究了使用这种产品的群体对现场故障检测需要哪些功能，在保持基本价位不变的情况下，又能做到那些功能；现代的器件水平要达到设计目标还有多少障碍等等。经过调查，现场检测在保障数字示波表为主体的测试功能前提条件下，其频带尽量展宽；（ET521A经测试可以达到30M）具备自动量程万用表功能，且电压量程尽可能达到2000V（几乎所有万用表无法达到2000V）；有频率和占空比测量，分辨率不要太高，但要达到40M以上，在彩电修理中要测38M中周频率，同时要求灵敏度要高，否则无法测量小信号的频率；最好带有LCR电桥测试，尤其是小电感高频测试，是个难题。专门购买电桥价格都在上千元。目前万用表测试电感，基本失去参考意义。当然能够产生各种信号输出就更加完美。
从这些功能组合上看，这哪里还是一个数字示波表，而是通用电子仪器资源的一个大整合，是一个变相的综合实验室。在一个32开书本大小的空间装进这么多功能，不要说成本有要求，就是采用最昂贵的器件，要避开各种干扰和建立强电保护措施，恐怕也是一个世界难题。能不能开发，做到与否？确实向开发人员提出严峻的挑战和经历难以想象的考验。一是国内外没有相同产品可以借鉴；二是产品功能覆盖电子仪器几乎所有的门类；三是成本要求极为苛刻，功能要实现，成本要一分钱一分钱的省。要实现一个设计目标，必须列出多种方案进行比较，择优“录用”。
经过二年多反复研发，在众多直接用户参与下，ET521A终于问世；这个产品凝聚很多人辛勤的劳动。具有独立知识产权，在不同方面的设计独出心裁，许多功能组合是独一无二。
有三个实用新型专利向国家知识产权局进行了申报。

3.功能介绍
ET521A基本测试功能；
数字示波表部分
采样速率；100Mas/s 单通道 模拟带宽DC~25MHz（最大30M）
测量模式；常规、视频、单次
输入耦合；直流、交流
输入阻抗；1MΩ±2%，与20pF±3pF 并联
探头衰减；X1、X10 （系统设置可以到100：1）
最大输入电压；300Vp-p （视探头衰减）
模拟数字转换器；8比特分辨率
自动测量；正峰值、负峰值、峰峰值、频率、周期
灵敏度范围；20mV/div～50V/div
扫速范围； 50ns/div～1s/div
波形内插 ; （sinx）/x
波形存储；40屏（组）

数字万用表部分
最大数字显示；6600
交直流电压；自动量程6V/60V/600V/2000V 分辨力0.1V
交流频响 40Hz~100kHz (100V 以下量程)
手动量程600mV/6V/60V/1000V
交直流电流；自动量程60mA/600mA 分辨力0.01mA
交流频响 40Hz~10kHz
外接分流器 20A
视波功能； 交流电压/电流（10Hz~50kHz）

数字LCR测量部分（自动量程）
电阻测量；600Ω/6kΩ/60kΩ/600kΩ/6MΩ/60MΩ 分辨力0.1Ω
电容测量；6nF/60nF/600nF/6μF/60μF/600μF/6000μF/60000μF
分辨力1pF
电感测量； 10μH/100μH/1mH/10mH/100mH/2H 分辨力0. 1μH
电感测试频率；400Hz~156kHz(自动切换)

频率/占空比测量部分
频率测量；0.1Hz~60MHz
占空比测量；5%~99%
输入灵敏度；500mV

信号输出部分
正弦波；10Hz~156kHz 1Vrms
三角波；10Hz~156kHz 2.8Vp-p
正向锯齿波；10Hz~156kHz 2.8Vp-p
反向锯齿波；10Hz~156kHz 2.8Vp-p
方波（1）10Hz~156kHz 2.8Vp-p 占空比50%：50%
方波（2）15625Hz 2.8Vp-p（行振荡频率）
方波（3）1000Hz 2.8Vp-p（探头校准）
方波（4）200μS/400μS(行输出变压器匝间短路振铃测试)

遥控器检测；38kHz载频，红外线接收
晶振检测； 32kHz~10MHz

数据存储；200组
自动记录；200组

电源供电；内置6节AAA 1600mA/H充电电池组
充满电后，可以连续工作8~10小时
外配12V/1A开关电源型充电器（过载保护）
专用CPU内置A/D做电源充电管理，三色LED实时显示充电状态
背 光；可控白色LED背光
屏幕分辨；320X240
整机重量；850g (含充电电池组)

4. 功能设计
ET521A在功能设计上与单项功能仪器仪表有一些不同，分别讲述出这些不同之处，为了更好地了解ET521A新型数字示波表“新”在何处；
示波表设置方式不同
一般数字示波表开机后，首先进入系统设置界面，分别对耦合方式、探头衰减等多个参数进行设定，实际上一个熟悉自己使用习惯的人来讲，是没有必要每次开机总要进入系统设置。ET521A改变这种设置，开机后，如果本机在示波状态则直接进入常规模式。除非特别需要按下系统键，再进入系统重新设定，当退出系统设置后，本机画面提示是否保存，选择保存，包括下次开机后，会按本次设置直接进入常规测量。

常规测量与信号输出同时使用
本机设置各种信号输出，在示波常规测量状态，按下编码开关键超过2秒钟，屏幕弹出信号源设定窗口。按图形或中文提示，选择所需信号的类型，按F5确认。这时信号输出的指示符号保留在图形显示区的左上角。信号输出并不影响示波功能的操作与测量。利用本功能实现对10Hz ~156kHz范围内，对被测单元故障的追踪或替代振荡源对故障现象做出判断。

视频测量方式不同
在电视机维修中对电视视频解码电路及视频放大电路的检测，有时需要观测复合同步信号。在复合同步信号中，始终存在行同步脉冲和场同步脉冲。ET521A的设置是通过编码开关控制同步的改变。当编码开关向左旋转即行同步，反之是场同步信号。这样缩短调节时间，减少了操作步骤。

单次触发方式不同
单次测量是捕捉暂态信号最有效的方式。其它数字示波表设置许多的触发方式可供选择。对现场故障检测而言，选择过多，无所适从。ET521A在触发时间上作为固定点触发，在幅度上设定为从中间电平向本屏幕最高点移动即正电平触发设置。一旦设定好后，被测信号在已经设定的正电平触发点触发或在正电平的镜像点即绝对值一样的负电平点，也同样触发。

万用表的交流电压测量频率响应不同
万用表作为电子电工常备工具之一，不离现场检测左右。一般数字万用表交流电压频响仅为400Hz。是无法测量音频或更高频率的信号。进口万用表可以达到100kHz带宽，但其价格可以购买一台示波表了。上述不仅看出一般数字万用表，只限于普通电工作为工频测量（50Hz）之用。而ET521A自动量程的交流电压频响可以达到100kHz。极大扩展了本机使用范围。

万用表交流测量能看到实时波形
从2005年起，伊万科技一直在推动“视波表”的概念。纵观万用表的发展历程，从指针式万用表到数字万用表，经历半个多世纪。但是，指针和数字万用表只能提供测量结果与数据．