示波器行業發展現狀及趨勢

最早的示波器可以追溯到十九世紀，由于陰極射線管的出現，使得顯示信號波形成為可能，就誕生了最早的示波器，那個時候的示波器是模擬示波器，沒有觸發功能，主要是在實驗室用來觀察波形，并沒有得到廣泛的應用。說到示波器，就不能繞開泰克公司，它在1947年推出了世界上第一款商用示波器511，可以說是現代示波器的鼻祖，這款示波器具有觸發功能，當然這個功能也是現代示波器的標準配置。此后，又陸續有些公司推出了自己的示波器。到了今天，示波器領域出現了多個競爭者，尤其是中國的國產品牌。用一句話描述當今的示波器市場，就是超高端三足鼎立，中低端激烈廝殺。

示波器的原理說起來很簡單，主要是采集與轉換，存儲與處理以及顯示波形。示波器的基本構成包括垂直系統、水平系統、觸發系統及分析顯示系統四個部分。在信號采集與轉換部分，輸入的電壓信號經過耦合電路送至前端放大器放大，以提高示波器的靈敏度和動態范圍，經過放大的信號由采樣/保持電路進行取樣變成離散信號，并由ADC數字化。在存儲與處理部分，經過ADC轉換后的數字信號存入存儲器中，處理器對存儲器中的數字信號進行相應的處理，進行運算分析，從而得出相應測試結果。顯示波形部分的作用是通過顯示屏將信號顯示出來，并可以進行各種操作，如縮放，測量，分析等。

示波器使您能夠查看特定電氣事件的瞬時值（或某些其他事件通過適當的傳感器轉換而來的電壓值）隨時間的變化。 準確的說，示波器是一種可將電信號（主要是電壓）轉換為屏幕/顯示屏上的可見軌跡的電子儀器。也就是說，可將電信號轉換為光信號。這些儀器以二維形式動態繪制隨時間變化的電信號。在示波器顯示屏的 “Y”（垂直）軸繪制電壓，在 “X”（水平）軸繪制時間。所繪制的電壓和時間最終顯示為一幅輸入信號圖，通常稱為“波形”。隨著輸入信號特性的變化，可在示波器顯示屏上看到所繪制波形的持續/動態更新。一般來說，示波器的帶寬不是很寬，最常見的是幾十到幾百MHz，盡管一些中高檔的示波器也能達到GHz這個數量級。

居于示波器最頂端的三家廠商是德、泰克和力科，它們在這些環節占有巨大的優勢。采集部分的ADC數模轉換器的指標表現在采樣率，有效位數，目前采樣速率可以做到128GSa/s，是由是德科技實現的，為實現110GHz的實時帶寬，可以將兩個ADC合并工作，實現256GSa/s的采樣率。而ADC數模轉換器連著高速深存儲，用于存儲采樣點，深存儲的讀取速度對于示波器的死區時間有一定的影響，這也是目前示波器死區時間的瓶頸之一信號處理是由內部處理器完成，處理器的性能以及軟件的算法效率決定了處理的速度，同深存儲的讀取速度一起影響著示波器的死區時間。2006年以前，泰克在高帶寬示波器處于較為領先的地位，而當時的安捷倫科技由于其他產品線太長，尤其是射頻微波和無線測試產品銷售火爆，示波器并沒有作為重點產品，力科公司憑借在電源測試方面的優勢也占據了不少市場，并且在2009年的時候推出了第一臺30GHz帶寬的示波器。后來由于泰克被黑石財團收購，力科被泰利達財團收購，資本多多少少影響了公司的技術決策，而是德科技乘機吸收了來自競爭對手的大量人才，使得其示波器產品進步神速。就目前而言，是德科技德示波器是走在最前面的，其實時示波器的帶寬可達110GHz,值得一提的是，其實時示波器的ADC數模轉換器全部由自己研發的。而泰克公司目前示波器的最高帶寬是70GHz，已經多年沒有更新了，可能是研發碰到了瓶頸，力科公司的示波器最高帶寬是65GHz.這三家公司在示波器上開發的應用測試軟件也是比較齊全的，并且都得到了相關行業協會的認可，比如USB，PCIE等。在超高端示波器的市場中，沒有第四家和它們競爭，最近半年的國內科研機構的競標結果也說明了這一點。在59GHz以上的示波器投標中，只有這三家競標，三家各有斬獲。

羅德與施瓦茨公司是近十五年涌現出來的后起之秀。其示波器最大的帶寬也達到了16GHz，ADC也是自己研發的，但其ADC方面落后于三家頭部廠商，為實現16GHz帶寬，由兩個ADC拼接交替采樣從而實現更高的采樣率，在四通道模式下，帶寬會減半。羅德施瓦茨公司在軟件方面有著深厚的積累，所以它的示波器較除了三家頭部廠商外的競爭對手，流暢度要高很多。但是其一些測試應用軟件還沒有得到相關行業協會的認可。由于美國的制裁，三家頭部廠商的高端示波器無法在很多企業銷售，它們轉而選擇羅德施瓦茨的方案，羅德與施瓦茨的示波器這幾年在國內市場一路攻城掠地，戰果不錯。

國產的廠商這兩年也推出了幾款高端示波器，目前已知帶寬最高的國產示波器是由深圳一家叫萬里眼的公司推出的，帶寬達20GHz，目前上海交通大學已經購買。成都玖錦是做射頻微波的測試儀表起家，但這幾年借助國家的示波器專項基金也推出了自己的18GHz帶寬的示波器，目前已知成都電子科技大學已經購買。普源精電的示波器最高帶寬是13GHz,鼎陽示波器的最高帶寬是8GHz。四十一所也推測出了自己的高帶寬示波器，目前沒有看到客戶的購買信息。國產示波器雖然在帶寬方面取得了重大突破，但缺乏相關的測試應用軟件，在當今的流行的高速總線測試方面缺乏競爭力。

說完了高端示波器，咱們來聊聊中低端示波器。中低端示波器中4GHz以上帶寬還是進口品牌的天下，三家頭部廠商的產品覆蓋了高中低端，羅德與施瓦茨4GHz以上的產品也很豐富。國產示波器的中低端使用起來沒有問題，硬件指標也相當不錯，軟件方面不如進口品牌，所以流暢度欠佳。憑借明顯的價格優勢，從進口品牌手里搶回了很多市場。以鼎陽和普源精電最為突出，這兩家甚至在示波器美國攻城略地。鼎陽科技的500MHz示波器的價格占有絕對的優勢。

示波器進出口金額方面，2021年中國進口示波器金額為2.09億美元，出口示波器總額約0.86億美元，兩種示波器的均價都只有一千多元/臺，這表明我國出口的示波器以低端產品為主，不過市場需求數量較大。高端示波器的缺位主要是由于我國微電子基礎薄弱，缺乏研制先進示波器芯片的能力。

1、帶寬不斷提升

隨著半導體集成電路技術的進步，示波器的帶寬正超著微波和毫米波方向發展，最高帶寬達到了110GHz。

2、采樣率不斷提高

隨著半導體集成技術及微波工藝水平的進步，示波器的采樣率已經達到了256GSa/s，還將不斷地提升。

3、垂直分辨率越來越高

示波器的分辨率由8位提升到10位、12bit，正在往14位甚至16位發展，示波器的電壓采樣更加精確，波形更加細膩真實，進一步提升了示波器的動態范圍和微弱信號的檢測能力。

4、功能集成化程度越來越高

示波器開始集成邏輯分析儀、總線分析儀、函數發生器和實時頻譜分析儀等儀器功能，實現時域、頻域、數字域和調制域的多域分析。

總之，由于示波器相關硬件的技術門檻較高；國外高端示波器對我國禁運，國產示波器同進口品牌相比，還有較大的差距，希望咱們國產的示波器品牌能夠奮起直追，不斷縮小同國外頭部廠商的差距，從而為我國的研發和制造提供更大的助力。