目前各主要工业国家的有关厂家开发的发动机综合性能检测装置，千差万别，形式各异。但就一台配置齐全、性能良好的检测仪而言，概括起来不外乎由信号提取系统、信息处理系统、采控显示系统三大部分组成，如框图 1所示。
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图 2为发动机综合性能分析仪一般结构型式的外形图。
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一、信号提取系统
信号提取系统的任务在于拾取汽车被测点的参数值，鉴于被测点的机械结构和参数性质不同，信号提取装置必须具有多种形式以适应不同的测试部位。图 3所示为大多数发动机综合性能分析仪的信号提取系统，图中显示这一系统是由一些不同形状的接插头或探头组成，以它们接触的形式不同可以分为四类。件1和4接蓄电池的正负极，件2和3接点火线圈初级的正负极，件9为万用表功能或测试各传感器时的接头，它可以再转接各类结构的探针以适应不同的测试点，如图 4所示，件10两个鳄鱼夹由一个分流器引出，用以测定发电机电流，以上各接头属于直接接触的一类。
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第二类则是非接触式。电感式或电容式夹持器6和7分别钳于一缸点火线上和点火线圈高压线上以获得点火信号，件12实际上是一个电流互感器，夹持在蓄电瓶线上，可感应出起动电流。因为高电压和强电流直接接触测量极为困难。以上都是对电量参数的提取，对于非电量参数就必须先经过某一类型的传感器将非电量转变成电量，这就是第三类，如件5电磁式TDC传感器提供上止点信号，频闪灯8可寻找点火提前角，压力传感器12可将进气管或喉管真空度转变成电量，而件13为一热敏电阻，可将机油温度和冷却水温度等参数转换为电压值。对于电控燃油喷射(EFI）发动机，因计算机计算喷油脉宽和自动控制过程的需要，各非电量已被植入各系统的传感器直接转换成电量，它们的提取可用件9通过不同的转接头来完成，但为工不中断计算机的控制功能，必须通过T形接头来提取信号，如图 5所示。
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二、信号预处理系统
信号预处理系统也称前端处理器，俗称“黑盒子”，它是电控燃油喷射系统检测的关键部件，其作用相当手多路测试系统中的多功能二次仪表的集合，工作框图如图 6所示，可将发动机的所有传感信号(图示为20个)，经衰减、滤波、放大、整形，并将所有脉冲和数字信号直接输入CPU的高速输入端(HSI)，也可经F-V转换后变为0-5V或0-10V的直流模拟信号送入高速瞬变信号采集卡。
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发动机上装配的传感器是发动机控制和判断发动机故障的关键部件，但其输出的电信号千差万别，不能被车载计算机或发动机分析仪的中央控制器直接使用，必须经过预处理转换成标准的数字信号后送入计算机。
车载传感器的输出信号从电子学角度分，无外乎模拟信号和频率信号两种，应采取不同的处理方法。
对于模拟信号，如温度传感器、压力传感器、节气门位置传感器等其幅值为0-5V，频率变化也比较缓慢，主要的处理手段是对其进行低通滤波和信号隔离。经低通滤波后的纯净低频信号再经过隔离装置送入A/D转换器，以消除模拟电路和数字电路的共地干扰。对于低频模拟信号的隔离多采用隔离放大器，即变压器隔离方式；也有先将模拟信号进行V-F转换，然后由光电隔离器再进行F-V转换的，但后一种方法多用于需远距离传输信号的场合。模拟信号中有一些幅值较小，如氧传感器为0-1V，废气分析仪的电气接口输出信号多为0-50 mV，这些信号若直接送入A/D转换器，由于不能充分利用A/D转换器的精度，转换精度很低，故需对其做放大处理。由于信号幅值的差异，故采用程控放大器，对不同的传感器输出信号由软件控制分配，以不同的放大倍数使输出信号幅值达到A/D转换器的全量程范围，以提高A/D转换器的精度。当然，这些信号经程控放大器放大以后，仍须经过低通滤波和信号隔离才能进行A/D转换，模拟信号中也有一些大幅值信号，如起动电压，对此须经过衰减以后再由低通滤波和隔离后方能进行A/D转换。模拟信号中也有一些信号如初次级点火信号、爆震信号、喷油脉冲、起动电流等，或具有较高的频率，或具有较高的电压、电流幅值，这些信号须特殊处理，如初次级点火信号由于线圈的自感和互感作用，其电压幅值可达30O V或3OKV，甚至更高，故须利用电压衰减器进行衰减后再进行后继处理，由于其频率很高(可达1MHz以上)，故须使用高速A/D转换器，才能保证转换后的信号不失真(即经数学处理后，准确复原信号)。对于起动电流其峰值可达200A以上，无法直接测量，须利用电流互感器转换成0-5V的电压信号再进行测量，车用爆震传感器和柴油机喷油压力传感器多用压电晶体作为敏感元件，其输出信号为电荷量，故须采用电荷放大器作为前级放大，且要从频率非常丰富的振动信号中准确提取有效信号，因而必须对其进行带通滤波。喷油脉冲在喷油器的电磁线圈断电瞬间也会由于自感作用而产生40V左右的振荡，对此可利用电阻分压器分压后再后继处理。
对于频率信号，如发动机的转速、判缸信号、车速信号等，由于多选用电磁式、霍尔效应式和光电式传感器，其输出信号本身即为数字脉冲，但由于传输过程中的衰减、交变电磁波辐射等原因，也易形成一定程度的失真，故需对其进行整形，这多用电压比较器或施密特触发器进行实现，整形后输出的标准数字脉冲，再经高速光电隔离器送入后继电路，以消除其干扰，提高系统的工作可靠性。
为了实现传感器的准确测量，不影响发动机的正常运转，进行信号提取时必须保证电路有足够高的输入阻抗，而且为了保证预处理系统的主板安全，对各路输出信号均采取了限幅措施。
三、采控与显示系统
台式和柜式发动机综合性能分析仪多采用14英寸彩色CRT显示器，手提便携式则用小型液晶显示器，现代分析仪都能醒目地显示操作菜单，实时显示当前动态参数和波形，十字光标可显示曲线任一点的数值，同时也可显示极限参数的数值，并配以色棒显示以示醒目，用户可任意设定显示范围和图形比例。
为捕捉喷油爆震等高频信号，采集卡一般具有高速采集功能，采样率可达1OMsps，量化精度不低于10Bit，并行2通道，有存储功能以供波形回取，锁定波形供观察分析或输出、打印之用。
