認識示波器的邏輯通道：從數位訊號量測到 SPI、I²C、UART 協定分析
在 MCU、FPGA、嵌入式系統與數位電路的開發過程中，工程師經常需要確認一個問題：
「數位訊號到底有沒有正常傳輸？」
例如 MCU 與 Flash Memory 之間的 SPI 通訊，通常同時包含 SCLK、MOSI、MISO、CS 等多組訊號；I²C 則包含 SDA 與 SCL；UART 也會有 TXD 與 RXD。
如果只使用一般示波器的類比通道逐一觀察，當系統中的數位訊號數量增加時，有限的類比通道很快就會不敷使用。
一、什麼是邏輯通道？
一般示波器的類比通道主要用來觀察：
「電壓隨時間如何變化。」
而邏輯通道則主要用來判斷：
「目前這個訊號是 Logic 0 還是 Logic 1？」
邏輯通道會根據設定的 Threshold（閾值），將輸入的數位訊號判斷為 High 或 Low。
例如一個 3.3 V 數位系統，當訊號電壓高於設定的判斷門檻時，可以判定為 Logic 1；低於門檻時則判定為 Logic 0。
因此，邏輯通道的重點並不是單純「量測電壓」，而是利用閾值將實際輸入訊號轉換成數位邏輯狀態，方便工程師觀察多組數位訊號之間的時序與邏輯關係。
R&S RTB2 的邏輯通道 Threshold 可設定於 −2 V 至 +8 V，並提供 CMOS 5.0 V、CMOS 3.3 V、CMOS 2.5 V、TTL、ECL 等預設邏輯電平。
假設一個 MCU 正在與 Flash Memory 進行 SPI 通訊。
SPI 通常包含：
- SCLK：Serial Clock，時鐘訊號
- MOSI：Master Out Slave In，主機送往從機的資料
- MISO：Master In Slave Out，從機送往主機的資料
- CS / SS：Chip Select，晶片選擇訊號
- GND：共同參考地
如果使用一般示波器的類比通道，就可能需要同時使用 4 個通道觀察上述訊號。
但如果此時還想觀察：
- 電源電壓
- Reset
- PWM
- Sensor 輸出
- 馬達電流
類比通道就可能不夠使用。
R&S RTB2 提供 16 個邏輯通道，實際配置為兩組 8 通道邏輯探棒，可讓工程師一次觀察更多數位訊號。
三、Threshold（閾值）為什麼這麼重要？
邏輯通道並不是看到「有電壓」就直接判定為 Logic 1。
它需要一個判斷基準，也就是：
Threshold（閾值）
可以將它理解成：
「輸入電壓高於這個範圍，示波器判斷為 High；低於這個範圍，判斷為 Low。」
- High / Low 判斷錯誤
- 數位波形異常
- 邏輯資料誤判
- 協定解碼錯誤
此外，R&S RTB2 也提供不同的 Comparator Hysteresis 設定，用來提高邏輯判斷對雜訊的穩定性。官方規格提供 small、medium、large 三種 Hysteresis 設定。
因此，進行邏輯量測時，除了接線外也必須確認：邏輯電壓、Threshold 與 Hysteresis 是否適合待測訊號。
四、從「看波形」進一步做到「看懂資料」
對電子工程師而言，示波器最基本的工作是：
看見訊號。
看懂訊號。
電壓、電流、控制訊號、通訊資料與時間關係。
這讓示波器不只是單純的「波形顯示工具」，也能成為數位系統除錯的重要工具。
因此，當您在進行 MCU、FPGA、Sensor、Embedded System 或數位介面開發時，如果經常遇到：
「訊號看得到，但不知道資料對不對。」
那麼具備邏輯通道與協定分析功能的混合訊號示波器，將能協助工程師從數位訊號的時序觀察，一路深入到實際傳輸資料的分析。2026-09-29