在電子領域裏，示波器一直被視為設計人員的「眼睛」。今天，精密的數位設計和複雜調變的應用更需要透過高性能儀器，將訊號活動狀態真實呈現出來，這些要求往往超過傳統數位儲存示波器(Digital Storage Oscilloscopes,DSOs)性能的限制。與以往的類比示波器相比，數位示波器的優越性在於具備永久的訊號儲存和多種訊號處理的功能。但是，數位示波器有兩個嚴重的限制：波形擷取速率(即時顯示)和有效顯示複雜動態訊號。示波器的即時顯示能力是檢測兩種偶發性事件不可或缺的要求，如數位系統中的非同步異常訊號和擷取有調變的動態訊號。

目前發展出的數位螢光示波器已大大改善了這些限制，以下將以太克公司發展的TDS7000系列為例，來介紹數位螢光示波器的最新趨勢：它以鍺化矽(SiGe)為技術基礎，4-GHz性能讓工程設計人員得以「窺測其他示波器所看不到的新天地」。這些新產品可以解決正在設計下一代全球通訊和網際網路產品的工程人員在重大量測方面的需求(圖一)。新世代(第三代)數位螢光示波器，它是基於一種新穎的Open Windows平台式操作為基礎。其創新項目包括：高達20-GS/s的即時取樣率、32-MB的記錄長度(選項為4M)與高達4-GHz的頻寬等。簡而言之，第三代示波器即是將傑出性能、簡單操作和連線功能融為一體的儀器。

《圖一　新世代數位螢光示波器可解決工程人員在重大量測的需求》

突破性鍺化矽技術使儀器性能更上層樓

電腦計算和通訊技術的融合已戲劇性地重新定義高速資料頻寬的需求，並提供儀器性能新標準。不論是在半導體設計或電腦和通訊應用系統設計領域，工程技術人員都在設法應付逐漸加快的訊號速率問題。記憶體系統的時脈速度(Clock Speeds)現在包括266-MHz DDRAM和400-MHz Rambus速率。在這些設計中，上昇時間(Rise Time)為150 ps，時脈抖動(Clock Jitter)小於50pspp才能維持足夠的時序邊際(Timing Margins)。底板設計正向串列架構(Serial Architectures)轉移，其中包括速度都在多Giga位元以上的Fibre Channel及不同電路設計。在資料通訊領域，OC-48/STM16和其他每秒1-2.5-Giga位元的資料串(Data Streams)也開始透過區域網(LANs)和公用網路(Public Networks)傳送。這些需求對測試設備產生極大的挑戰，要求測試工具必須與這些爆炸性的新速率同步，並使電子工業不斷成長。

第三代DPO系列採用了鍺化矽(Silicon Germanium,SiGe)技術。這是IBM公司研發的一項半導體技術，可為訊號擷取提供無與倫比的高性能。在與標準矽類似的功率上，第三代DPO可在大幅提高的速度上提供精確性能。此外，SiGe所提供的高水平整合性能，使某些數位示波器能夠提供一個堅實而功能齊全的前端，具備卓越的訊號完整性。此外，這種先進的示波器還能在實質上增加頻寬的同時保持原放大器設計的低雜訊標準。

應用導向的量測儀器

在研發工作中示波器有兩個基本功能。第一個基本功能是精確地顯示訊號，以便設計人員研判出電路是否達到應有的功能並快速找出故障來源。第二個基本功能是對各式各樣測量項目均能產生精確的量測值。

雖然示波器繼續提供各種基本的時序和振幅量測功能，但許多應用領域中出現的特定參數已對示波器量測功能提出新挑戰。例如，在當今出現的高速時脈速度下，訊號抖動(Jitter)已成為極為關注的議題。不論是故意的展頻式(Spread-spectrum)時脈訊號，或無意的電源供應器雜訊耦合，抖動都是需要精確測量的重要系統參數。第三代DPO具備4 GHz頻寬、20 GS/s即時取樣率、32MB記錄長度，為當今各項專業的量測工作提供了最佳平台。該示波器將高頻寬探棒解決方案、內建式量測功能和軟體擴充功能結為一體，讓使用者可充分利用儀器的精確訊號擷取能力。

適合於尖端工程設計人員使用

DPO的架構從基礎上就與其他示波器不同，它使用獨特的ASIC硬體，專門用於擷取訊號資料。DPO能使工程設計人員在檢視訊號和電路活動方面具備前所未有的觀察能力。現今問世的第三代DPO具有業界速度非常快的訊號擷取率，每秒可達400,000個波形(wfms/s)－是以前200,000 wfms/s可用速率的兩倍之多，訊號活動觀察能力是數位示波儀器前所未有的。這一觀察能力戲劇性地增加了設計人員目睹和鑑定瞬間訊號完整性問題的可能性，即在數位系統中出現的抖動、矮化脈衝、突波和轉態錯誤等問題。

雖然當今的觸發系統也完全可以偵測到這些異常訊號，但要想成功地鑑定，工程人員則需能夠迅速地確定故障的所在及其類別與性質。DPO不僅可在幾秒鐘內向工程人員顯示上百萬個波形以加速這一過程，還可提供各種分析能力，並可透過按鍵或滑鼠瞬間就將波形資料轉換成有用的資訊。

直觀的圖形使用者介面

第三代示波器的直觀使用者介面易學易用，使用者可根據個人偏好隨心所欲「駕輕就熟」地使用這種示波器。對於喜歡用右側控制面板的人來說，該系列示波器上還設有傳統的類比控制。透過大型10.4英寸的觸敏顯示直接進入儀器的各項功能。這種觸敏螢幕在空間擁擠凌亂或用手推車攜帶儀器滑鼠無法使用的情況下尤其有用。

此外，通用串列匯流排(Universal Serial Bus,USB)埠還允許使用者在任何時候都可熱接鍵盤或滑鼠，便於使用者直接控制。不論在任何操作方式下，使用者都可透過高度圖形化的視窗環境迅速進入和應用各種複雜的功能。而且具前後文相關功能的輔助說明還可立即向使用者提供有關目前作業所需的輔助資訊，從而消除了常出現的術語上的困惑或從冗長的主題清單尋找相關主題的必要。

網路連線功能與擴充

連線功能和無限制地進入各種與Windows相容的軟體和硬體設備之特點，使第三代DPO系列與大千設計世界融為一體。開放式Windows允許工程人員用任何與Windows相容的軟體自訂示波器，無須廠家的特殊協助，也無須送到原廠進行整合。例如，工程人員可透過簡單的複製與貼上功能將所需的螢幕圖像移到一個文檔中，然後從Windows的「開始」功能表打開WordPad便可進行文件編製。這種並存的方式可減少誤差，並可大大簡化量測結果的詳圖製作和通訊流程。

標準介面設計可使第三代DPO系列隨使用者需要擴充，在儀器上增設儲存設置、數據機或無線LAN)區域網路)連接裝置等週邊設備。與網路連接後，使用者便可與他人分享網路文件、使用列印資源、瀏覽網上的數據表等廠家資訊，並可直接從示波器中收寄電子郵件。如果使用Windows支援的雙顯示器模式，設計人員還可在使用第三代DPO系列進行量測的同時參考和與同事交換這些重要的資訊。

探棒－至關重要的連接裝置

在第三代DPO中尚有些突破性功能，例如與待測設備連接所需的單端和差動探棒。主動探棒要求頻寬要高，其頻寬達4GHz、上昇時間達120 ps。第三代DOP可保持10-GHz甚至速度更高時訊號的完整性，從而滿足了對現在和未來頻寬的需求。在電腦系統、資料通訊應用設備及各種低壓邏輯電路設計中，這種探棒是進行高速訊號擷取所需的理想工具(圖二)。目前這種探棒精密小巧，並具有高頻寬和低雜訊性能，是探測高速電腦系統乃至通訊技術等應用中目前不斷出現的差動訊號所需的最佳工具。

《圖二　探棒是非常重要的連接裝置》

適用於特殊應用量測的強大分析能力

第三代DPO系列具備許多標準的和選項的分析功能。用於特殊應用量測的軟體，經強化的基於Java技術的量測軟體組件，都可增添到儀器上作為特殊分析工具。有些磁碟機量測軟體組件(如TDSDDM2)可使儀器用於磁碟機的設計分析，儀器的高性能、3-GHz的差動探棒和軟體組合在一起便可形成一個高效的分析儀，不僅可提供基本的鑑定量測功能，如TAA(磁軌平均振幅)和PW50(百分之50脈衝寬度)，而且還可提供包括NLTS(非線性轉態偏移)和SNR(雜訊比)的高級量測功能。

其他分析能力還包括：功能強大的新型數學系統，它允許工程人員以簡單的工程計算機創立複雜的數學演算功能。訊號、量測結果以及其他算式都可用來建立新的分析能力，而且頻域分析控制方式與頻譜分析儀相同，如中心頻率、Span以及解析頻寬等，均為使用者所熟悉。這不僅可提高使用者對分析結果的信心，並可擺脫目前示波器典型的FFT(快速傅利葉轉換功能)表示方法及使用上的限制。(本文作者任職於太克科技)