手持数字示波器核心系统框图
一个典型的手持数字示波器的信号链可以简化为以下流程：
探头 → 输入耦合/衰减网络 → 前置放大器 → ADC（模数转换器） → FPGA/ASIC → CPU & 存储器 → 显示屏
现在，我们来逐一拆解每个部分。
1. 输入通道与衰减网络
这是信号进入示波器的第一道大门，也是最为关键和精密的部分之一。它的主要任务是：无论输入信号是毫伏级的微弱信号还是数百伏的高压信号，都能将其调整到后续电路（尤其是ADC）能够安全、精确处理的范围内。
a. 输入耦合
直流耦合： 信号的所有成分（交流和直流）都无衰减地通过。
交流耦合： 通过一个串联电容，阻隔信号的直流分量，只允许交流成分通过。这在观察叠加在直流电平上的小交流信号时非常有用。
接地： 将输入通道内部与地短接，用于确定“0V”基准线的位置。
b. 衰减网络与高阻抗探头
这是您问题的核心。手持示波器通常使用固定衰减比的补偿分压器。
基本结构： 通常是一个 9MΩ 电阻与一个 1MΩ 电阻串联，构成一个10:1的固定分压器。这使得输入阻抗为 10MΩ（满足通用示波器探头标准）。
当探头设置为 1X 时，信号不经过这个9MΩ电阻，直接进入1MΩ负载，输入阻抗约为1MΩ。
当探头设置为 10X 时，信号经过9MΩ + 1MΩ的分压，幅度变为原来的1/10，输入阻抗为10MΩ。
补偿电容： 这是分压网络精度的关键。为了确保在所有频率下分压比都恒定，必须在1MΩ电阻上并联一个可调电容，与探头的电缆电容、9MΩ电阻的寄生电容等构成一个RC补偿网络。
原理： 通过调整这个补偿电容，使得 (9MΩ * C_可调) = (1MΩ * C_探头及寄生)，从而实现电阻分压和电容分压在所有频率下都是一致的。如果补偿不当，就会导致方波信号失真（过补偿或欠补偿）。
手持设备的特殊考虑：
为了节省空间和成本，手持示波器通常将这部分衰减网络直接设计在主板输入端，而不是像高端台式机那样每个量程都有独立的继电器切换的衰减器。它的量程切换更多地依赖于后续的可编程增益放大器。
2. 前置放大器与量程切换
衰减后的信号进入前置放大器。这个放大器通常是可变增益放大器 或与后续的可编程增益放大器 协同工作。
功能：
进一步调整信号幅度，以匹配ADC的最佳输入范围（例如±0.5V或±1V）。
提供低输出阻抗，以驱动后续的ADC采样保持电路。
实现垂直灵敏度的精细控制。当您在示波器上切换 V/div（伏/格）时，实际上就是在改变这个放大器的增益。
3. 触发电路
触发是示波器的“灵魂”。它决定示波器在何时开始捕获并显示波形，从而使动态信号稳定显示。
原理： 触发电路会持续监测输入信号，并与用户设定的触发条件（如触发电平、边沿类型-上升/下降沿）进行比较。一旦信号满足这个条件，触发电路就立即产生一个脉冲，告诉采集系统：“就是现在，开始记录！”
4. 模数转换器
这是将模拟世界与数字世界连接起来的桥梁。
功能： 以极高的速度对经过放大和调理的模拟电压信号进行采样，并将其转换为一系列离散的数字值。
关键参数：
采样率： 每秒采样的次数（如 1GS/s）。根据奈奎斯特采样定理，采样率必须至少是信号最高频率分量的2倍，实际中通常需要5-10倍才能较好地重现波形。
分辨率： 表示ADC的精度，通常为8位。这意味着它可以将输入电压范围划分为 2^8 = 256 个离散的等级。
5. 采集与处理核心
这部分是示波器的“大脑”。
FPGA： 这是现代数字示波器的核心。它负责：
控制ADC的采样时序。
对ADC采集到的海量原始数据进行实时处理，如实现波形内插（Sin(x)/x或线性插值）。
执行触发判断和存储控制。
实现高级功能，如彩色余辉显示、数**算、协议解码等。
CPU： 运行嵌入式操作系统（如Linux、WinCE或RTOS），管理用户界面、文件系统、网络连接，并执行FPGA上传来的数据的后期处理和显示渲染。
6. 存储器
采集存储器： 存储由ADC转换、FPGA处理后的波形数据。存储深度是一个关键指标，它决定了在最高采样率下能捕获多长时间的信号。存储深度 = 采样率 × 捕获时间。
程序/数据存储器： 用于存储操作系统、应用程序和用户设置、波形文件等。
7. 电源管理系统
这是手持设备区别于台式机的关键。
电池： 通常使用可充电的锂离子电池组。
复杂的电源管理IC： 负责：
电池的充放电管理。
生成系统所需的各种电压轨（如模拟部分的±5V、±15V，数字部分的3.3V，1.2V等）。
动态调节功耗，在闲置时降低时钟频率以延长续航。
8. 人机接口
显示屏： 通常是LCD或OLED屏，用于显示波形和菜单。
按键与编码器： 用于操作和设置。
通信接口： 如USB、Wi-Fi、以太网，用于数据传输和远程控制。
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