找出錯誤訊號與準確顯示訊號蹤跡，為判斷示波器效能最關鍵的兩個主要因素。透過ASIC專門處理訊號的分析、擷取等工作，示波器可提升波形取樣率，再利用ASIC的多路平行處理架構，更可使波形取樣率達到每秒一百萬個波形，同時示波器仍可執行波形分析功能。
若示波器具備以下兩個關鍵因素，一為如何迅速找到錯誤訊號，二為如何準確的顯示訊號蹤跡，即可符合市場需求。而市面上已有示波器除具備上述優勢外，還具有非常短的盲目時間於波形捕取，分析和顯示功能達每秒一百萬波形。
數位示波器測量訊號分為兩個步驟，首先，依據取樣時間和儲存記憶的容量擷取訊號，然後處理訊號擷取的數據和顯示波形。在訊號處理階段時，數位示波器在盲目時間中，所出現任何錯誤訊號皆不會被記錄，而影響盲目時間的最關鍵因素，即為示波器在最高擷取率時。當測量的取樣率在10Gsample/s和記憶長度為1,000samples的條件，一般示波器的盲目時間為99.5%在訊號擷取週期中(圖1)，因此，測量時間不到0.5%的訊號擷取週期。
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| 圖1 一般數位示波器當觸發系統於盲目時間時是無法捕取有錯誤的訊號。 |
在廠商的示波器中，測量訊號的時間為一般示波器的二十倍以上，原因在於示波器內建高度整合的特定應用積體電路(ASIC)，利用多路徑和平行處理於訊號擷取和數據運算，以減少盲目時間(圖2)，也使示波器具有分析和顯示每秒一百萬波形的能力。在訊號擷取於每秒一百萬波形時，示波器的測量分析功能仍可繼續可用(表1)。
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| 圖2 即便是很短的盲區時間，RTO示波器依然可量測訊號高達二十次。 |
數位觸發系統節省觸發時間
在類比觸發系統，觸發路徑會與訊號擷取路徑平行運作。由於兩種路徑有不同特性，造成在訊號觸發點時，時間和振幅產生偏移，當顯示訊號波形時，這因素會造成測量不準確(觸發抖動)，其訊號的後處理只能達成部分正確的波形。
世界上第一部完全採用數位觸發架構的示波器，觸發訊號和訊號測量數據共用同一個訊號通路，在共用同一訊號通路的時間基礎上，數位觸發訊號系統即可具有即時性和非常小抖動的觸發訊號，可準確控制觸發訊號到觸發點。
除了觸發抖動，類比觸發系統也有另一個問題，亦即需較長的重新觸發時間。在此期間，系統不會有其他觸發訊號的產生，因此，類比觸發系統的觸發訊號特性，使用者要觸發的訊號將會被隱蔽。數位觸發訊號系統幾乎沒有重新觸發的時間，可產生非常可靠的觸發訊號於非常高速訊號擷取，並不會漏掉任何訊號測量值。
具高說服力訊號保真度
要達到非常準確的訊號測量，示波器必須依賴前端的頻寬和本身雜訊。因此，廠商所開發的前端放大器具BNC相容的非常寬頻輸入端，且低雜訊和精確的類比數位轉換器(ADC)。
在最嚴格的精確度要求中，特別在數位系統中的低振幅訊號和訊號分析於頻域應用，訊號的數位化精確度取決於ADC的有效位元的位數(ENOB)。
一般而言，ADC應用於數位示波器中多個時間交錯、時間延遲與慢速轉換器，ADC位元數越高，由於沒有一致轉換基準點於所有轉換器，因此多個時間交錯的ADC會產生較大的誤差，出於這個因素，廠商開發的單晶片8位元ADC，取樣率為10Gsample/s。8位元ADC採用單核架構亦可降低訊號失真，此外，ADC有效位元的位數超過7位元，實現動態測量，並提高測量準確性。
即使在低電壓解析率(低至1mV/div)，示波器還是可非常準確的測量，因為其電壓解析靈敏度不是使用軟體的縮放，而是使用可控制開關式放大器於前端元件中，所以整個測量頻寬的電壓解析率可達到1mV/div。
放大器的補償和衰減器在前端元件非常精密，可用於複雜的溫度控制系統，保證示波器可在最佳溫度穩定性中進行測量。此外，通道至通道間隔離超過60dB，達頻寬2GHz，可確保在一個通道的測量訊號，不會影響其他通道的訊號測量值。
硬體加速器提升訊號處理能力
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| 圖3 由於所有的訊號處理在記錄式觸發的控制整合電路執行，因此標準功能如波形運算、數學函數、直方圖和遮蔽功能毋須占用中央處理器處理時間。 |
一顆高度整合的ASIC處理所有訊號運算(圖3)，而且包括處理訊號測量和分析功能，例如訊號頻譜顯示、數學運算、游標測量、頻譜時間圖和遮蔽功能。即使在複雜的訊號分析，ASIC的高度平行處理保證可達到很高的擷取率。
以減少樣本數的方法，包括抽樣檢測、峰值檢測、高解析率檢測、平方根(RMS)檢測以及波形的算術運算，如包絡功率和平均功率等功能，都是重要的工具，用於訊號分析和故障排除。新的RTO示波器能同時顯示三個波形於每一通道測量值，可於每一測量結合不同類型的數據抽取方法和波形運算。
示波器並須具備快速傅立葉變換(FFT)，而高速擷取率可於銀幕上顯示即時頻譜，加上持續模式，可讓很罕見的訊號也可出現於頻譜上。在RTO示波器中，遮蔽功能(Mask Test)利用ASIC執行，使擷取率可維持在很高速度(超過每秒600,000waveforms)，在非常耗時的遮蔽功能中，也可以高速進行測試。
觸控螢幕提供人性化操作介面
具人性化的使用者操作介面，如便於操作的觸摸螢幕，可使測量工作更加順暢，使用者於測量工作步驟終能保持清楚的概況，即使在複雜的測量工作時亦同。人性化使用的操作螢幕設計、半透明對話框、訊號圖示用於預覽即時的波形、可設定的工具列，皆可幫助使用者很快執行複雜的測量工作。
螢幕下半部的直覺式選單功能，使任何測量設定的操作可不超過兩次，示波器扁平式選單結構和交聯邏輯關聯的設定，以簡化操作導航。訊號流程圖在可視化對話框中進行訊號處理，並在上半部觸摸式銀幕的工具列，提供快速頻繁使用的操作功能，如縮放、取消/重做、頻譜時間圖和FFT。
搭配探針強化測試效能
廠商並設計合適的主動探針和被動探針，用於RTO示波器中。在1M歐姆(Ω)輸入電阻時，主動探針只需一個最小負載於訊號源的工作點，所以垂直(電壓)動態範圍非常大，即使在高頻率下使用，如在1GHz的峰對峰(Peak to Peak)、電壓為16伏特(V)的狀態下，可防止訊號失真。
測量時不須執行補償程序而被打斷，因為探針的偏移和增益誤差幾乎完全與溫度沒有關連，例如零誤差小於90μV/℃；另外，示波器具有可賴性測量值與主動探針的兩個創新，以及微型按鈕可執行不同的功能於測量中，例如運行/停止或自動設置，使用者能直接從主動探針控制示波器，無論示波器的通道各種設置為何，搭配功率計、整合電壓表，即可精確測量的直流電壓。
(本文作者任職於羅德史瓦茲)