讓您的示波器測(cè)量質(zhì)量提升 1000 倍的絕招

采樣率受示波器水平刻度的影響。其公式為：

采樣率 = 存儲(chǔ)深度/采集時(shí)間長(zhǎng)度

存儲(chǔ)深度是一個(gè)恒定值，采集時(shí)間長(zhǎng)度（或跡線長(zhǎng)度）是一個(gè)變量，取決于您的每格時(shí)間設(shè)置。隨著時(shí)間/格設(shè)定值增加，采集時(shí)間長(zhǎng)度增加。由于這一切都必須適應(yīng)示波器的存儲(chǔ)深度，在某一點(diǎn)上，示波器的 ADC 將不得不降低采樣率。這實(shí)際上意味著什么？我們以 100 kHz 方波的頻率測(cè)量為例。我們知道頻率為 100 kHz 且非常穩(wěn)定，因此我們可以利用測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差來(lái)判斷測(cè)量的質(zhì)量。圖 1 將 100 kHz 方波的水平顯示刻度設(shè)置為滿刻度 20 毫秒。并且，示波器的采樣率已自動(dòng)從 5 GSa/秒下降到 100 MSa/秒，以使整個(gè)跡線能夠保存到示波器的存儲(chǔ)器中。在大約 1500 次測(cè)量后，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方差為 1.49 kHz（約 1.5%）。

但是，如果我們選擇更小的時(shí)間/格設(shè)置值，有效縮短采集時(shí)間長(zhǎng)度并提高采樣率，看看會(huì)發(fā)生什么。圖 2 所示為同一信號(hào)，但水平刻度設(shè)為 1.2 微秒/格。標(biāo)準(zhǔn)方差現(xiàn)為 1.5 Hz，是我們之前測(cè)量結(jié)果的千分之一。

圖中文字中英對(duì)照

圖中文字中英對(duì)照

所改變的只是信號(hào)的水平刻度以及示波器的采樣率。因此，選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ魉娇潭?，?duì)于時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量有很大的影響。

與水平刻度對(duì)時(shí)間相關(guān)測(cè)量有影響一樣，垂直刻度也會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量（電壓峰峰值、RMS 等）產(chǎn)生影響。我們?cè)俅我酝瑯拥?100 kHz 方波為例，來(lái)看看峰峰值電壓。圖 3 中的信號(hào)定標(biāo)為 770 毫伏/格。測(cè)量結(jié)果峰峰值的標(biāo)準(zhǔn)方差為 18 毫伏。將示波器的伏/格設(shè)置降至 66 毫伏/格，則測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差變成 1.22 毫伏。這幾乎改善了 15 倍！

圖中文字中英對(duì)照

垂直刻度設(shè)置為什么會(huì)起到作用？通過(guò)設(shè)置信號(hào)刻度，使之盡可能填滿屏幕，我們就能完全利用示波器的分辨率優(yōu)勢(shì)。分辨率是 ADC 能夠達(dá)到多高精度的標(biāo)志。分辨率越高， ADC 能檢測(cè)的垂直電平數(shù)量越多。例如，下圖所示為一個(gè) 2 位 ADC。紅色正弦波是 ADC 的模擬輸入，藍(lán)色波形是數(shù)字化輸入。您可以看到，出現(xiàn)了四個(gè)不同的量化電平。

此圖所示為 3 位 ADC 對(duì)同一模擬波形進(jìn)行數(shù)字化處理的結(jié)果。量化電平數(shù)越多， ADC 的數(shù)字輸出就越接近模擬輸入。

圖中文字中英對(duì)照

如果垂直定標(biāo)的信號(hào)只填充了示波器屏幕的一部分，那么您實(shí)際上沒(méi)有充分利用 ADC 的分辨率。例如，如果您將信號(hào)定標(biāo)至占據(jù) 3 位 ADC 屏幕的一半，那么在信號(hào)上方和下方您會(huì)分別留下兩個(gè)未使用的量化電平。這意味著，您的 3 位 ADC 只能使用四個(gè)量化電平，相當(dāng)于一個(gè) 2 位 ADC 的精度。

了解如何正確地設(shè)置示波器信號(hào)顯示刻度，能極大地改善您的測(cè)量質(zhì)量。適當(dāng)?shù)乃蕉?biāo)會(huì)顯著改善時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量，而適當(dāng)?shù)拇怪倍?biāo)則會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量產(chǎn)生積極影響。下一次使用示波器時(shí)，請(qǐng)記?。赫_設(shè)置信號(hào)刻度，可以獲得最佳的測(cè)量結(jié)果！