为啥示波器的价格那么贵？

很多人在需要购买示波器的时候，都会关系自己的预算，因为好的示波器上万是基本的，几十万的都有，感觉关注这个问题的都是硬件相关的人，所以讲的比较具体，闲麻烦可以只看每段的最后一句话：首先，做硬件，几千上万都便宜的很了。

要讲示波器为啥那么贵，就要介绍一下示波器，在介绍示波器之前，就要先了解一下示波器是用来干什么的，当然是用来测波形的，，，

这里，波形我们可以人为的分为两类：高速信号和低速信号，这里就不解释这两者的区别了

在计划买一台示波器的时候，首先应该是从需求出发，即我们想要测什么样的波形。这里就引出了整个信号设计及验证过程中最重要的一个概念：带宽。也就是我们平时在不停BB的，这个信号是多少M的多少G的频率（频率！不是带宽！），这个示波器的几G的带宽。

那么，怎么把信号的频率和示波器的带宽对应起来呢？比如我们要测一个5GHz频率方波的数字信号，我们需要买一台具体多大带宽，多大采样率的示波器呢？有人会说，3倍，3.5倍... 都不对！不要死记，要懂原理，需要看你具体要测的信号，和想要测到信号的几次谐波。如果想测到3次谐波：15G带宽，5次谐波：25G带宽，7次，9次，，，。这里的带宽指的就是奈奎斯特频率。

引出了这个奈奎斯特频率的概念之后，我们就可以先围着这个讲一下示波器的大致结构了：我们从信号的整个处理流程讲各部分原理：传输（到探头），衰减，放大，低通滤波（可能放在放大或衰减前一步做，看具体方案），硬件触发（软件触发会放在采样之后），采样，运算（包括CDR），输出到屏幕。这里最贵的，就是这个“采样”部分，也就是我们说的AD；

接着就是“低通滤波”，滤波器根据不同示波器的种类会有不同的滤波类型（放在后面讲）；再接着就是“衰减”和“放大”（为什么要先衰减了信号，还要再放大，放在后面讲）和运算，其他的相比之下，都可以理解为不值钱，，，

接下来，要根据信号处理流程，从后往前慢慢详细具体讲一台33GHz带宽100GSaps的示波器的大致结构和原理：

1， 运算和显示：信号经过AD之后，每个采样点都变成了一个8bit（或12bit）的整型数据，这些点的数据一般都是从ADC直接经过DMA dump到DRAM里的，这里需要高速大带宽低延迟的内部互联方式---高位宽并行接口（可能每个ADC到DMA的接口都要128bit甚至更高），当这一大坨的数据放到ram里之后，就可以不需要实时的来处理了（当然不会delay很大，信号触发了10s了，波形还没显示出来，就没有用户体验了。所谓不实时就是可以串行处理或者分块分批了），接下来一般是放在ASIC（或FPGA）里做处理运算，是不会用到你听过的普通cpu的（i9设计出来不是给你处理大数据的，，，）。这里处理主要是要做插值和按照你选的套件或者measure类型去做一些运算，比如CDR之后出个眼图，卡个信号幅值或频率之类的，然后整堆的数据会直接再次通过DMA送给Graphics显示到屏幕。这里值钱的部分是FPGA（ASIC），这个稍微高端一点的，国内做不出来，并且可以预料在很长一段时间内都做不出来，而且大多数情况下，所使用的ASIC量都很少，流一次片的成本或多或少大家都听过，也就可以想象每个ASIC能贵到什么程度了。

2， ADC：ADC是最简单的，但是世界上能做出来高端ADC的一共就那么几家。前端处理完的信号，到了ADC，经过AD之后，变成了一大堆的数字信号就完了。这里，高速的AD，一般就是通过时分的方法，并列使用，串行采样。就比如，有两个10GSaps的ADC，每个ADC采样一次的间隔是0.1ns，那么当第一个ADC采样完成之后，间隔0.05ns第二个ADC开始采样，输出数字信号进行合并，这里就相当于我有了一个20GSaps的ADC。一般采样频率到了百G的ADC都应该是这类使用方式。这里会有一个想问题，就是即使ADC芯片做的一致性极好，Vbias做的也是一样，但是由于是分立的die，就还是会出现采样值会有误差。如果有高速示波器和更高速的信号发生器，可以去试一下，一个标准的正弦波经过一个同带宽的示波器之后会有幅值失真。所以这类方法虽然很好解决了高速采样的问题，但是也不会使用多个ADC并列。一般可能会是2个。这个ADC以及ADC直间时延调整，只有卖示波器的厂能做的出来。每个卖示波器的厂都是从做ADC开始的，贵的原因同样就是设计难，还不外销，量极少。

3， 硬件触发：早些时候的示波器是软件触发的，这样，信号只有采样采到了想要的Trigger状态才会触发。因为信号不是连续一直采样的，所以触发的命中率做不到100%。现在增加了硬件触发电路，类似于比较器+DAC之类的东西，就可以先触发在采样。不过相比其他，这部分电路成本就很低了。

4， 低通滤波：首先要知道为什么需要有低通滤波器。还记得前面讲过的奈奎斯特频率嘛，如果一个信号不经过低通就直接送进了ADC，如果这个信号的频率已经大于了奈奎斯特频率，那么AD之后的波形就已经出现了混叠现象，也就失真了。所以需要将输入信号的3dB带宽限制在奈奎斯特频率以内。根据示波器种类的不一，前端低通滤波器响应曲线一般有两种：实时示波器使用Maximally Flat Respones和采样示波器使用Bessel Response。具体这两中频响曲线的异同优缺点不细说。这个滤波器要有好看的频响曲线，还要有可控的Groupe Delay，是狠精密的，难实现的，算法都是公开，拓扑结构也是写在课本里的，但是国内就是做不出来，即使你买来别人的示波器打开抄，高速的前端都抄不来性能做不出来的东西当然贵。还有一个小问题，最新的高端示波器（>60GHz 带宽）对中国是禁运的。此处应该贴上赵本山：不卖！多少钱不卖！那个图，但是要严肃，，，不过高速示波器有中国特供版，带宽阉割到59GHz。

5， 衰减和放大：这个相对来讲，要容易一些，这个不是垄断，而且可以买到IP。先衰减的目的是衰减底噪，然后奈奎斯特频率范围内再进行多级放大。这个也是目前国内完全做不出来的，并且可以预料，很长一段时间内也做不出来，想想手机之类的射频AP，也就是刚刚开始的阶段，何况几十GHz的小信号AP呢。但是可以买到（不被制裁的情况下），也就是成本可控了。

6，探头前端：这个可以算作也可以不算做示波器本体，有的时候我们可能不用前端。无源探头很便宜，但是带宽都很低。有缘探头除了要做阻抗匹配意外，可能也会包括一部分的滤波放大电路，目的是保证信号经过一大段探头的cable之后质量可控。

这个东西成本可能很低，但是配套出售，一个匹配的电阻都卖几百刀，还是耗材。

示波器几个大部分到这里就都介绍了个大概，前面这6项，除了这些，任何一个带宽上G的示波器，国内这些组件都做不出来，就能想象为什么贵了吧。所以我们在订购示波器的时候，要明白我们今后是用来测量什么的，测量需求够不够等，尽可能在减少成本的同时又能满足我们的测试。