改善數(shù)字熒光示波器垂直分辨率的N個方法（下）
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由于DAC在輸出上沒有低通重建濾波器，因此信號預(yù)計將顯示離散的電壓步進(jìn)。但是，信號上的噪聲會掩蓋這些步進(jìn)。
圖6顯示了64個波形的平均結(jié)果，對非常長的記錄來說，這個過程耗時非常長。和預(yù)計的一樣，隨機(jī)噪聲明顯衰減，DAC的離散電壓步進(jìn)開始顯現(xiàn)。此外，由于采樣率非常高，其保持了全部測量帶寬。但是，由于步進(jìn)信號與觸發(fā)信號不相關(guān)，因此平均算法還消除了被平均的畫面中的步進(jìn)信號。
圖7顯示了單次HiRes采集類似的降噪結(jié)果。但是，由于這是一種單次處理技術(shù)，因此保留了低頻步進(jìn)信號。此外，通過采用HiRes采集模式，垂直分辨率已經(jīng)被提高到大約12位，測量帶寬已經(jīng)被降低到大約22 MHz。
圖8. 40 MHz數(shù)字時鐘在采樣模式下的頻譜，其中隨機(jī)基線噪聲和其它信號使顯示畫面變得非常復(fù)雜。
圖9. 40 MHz數(shù)字時鐘在平均64個波形基礎(chǔ)上得到的頻譜，顯示的諧波清楚程度大大提高。
測量40 MHz時鐘頻譜
第二種應(yīng)用是分析40 MHz數(shù)字信號的頻譜。數(shù)字信號在信號邊沿的時間位置傳送大部分信息(在越過一個門限時測量)，而不是在信號幅度中。波形平均在從這類連續(xù)信號去掉隨機(jī)噪聲中非常高效。
頻譜分析可以非常靈敏地測量平均操作降低的噪聲，這在一定程度上基于其對數(shù)垂直標(biāo)度。注意圖8和圖9中的垂直標(biāo)度是10 dB/div。
在圖9中可以看到，基礎(chǔ)諧波和奇數(shù)諧波的幅度保持相當(dāng)恒定，但平均操作把基線噪聲降低了10-20 dB，另外還降低了許多其它成分，可以更簡便地識別時鐘的諧波和其它干擾信號。
圖10.高分辨率斜波信號放大后的畫面，顯示了由于8位ADC中的分辨率有限而導(dǎo)致的數(shù)字化噪聲。
圖11.同一高分辨率斜波信號在大量平均基礎(chǔ)上放大后的畫面，顯示了垂直分辨率明顯提高。
檢驗DAC分辨率
第三個實例中的方法使用高分辨率DAC或本例中的AWG7000任意波形發(fā)生器改善實際垂直分辨率。圖10顯示了10位垂直分辨率時斜波信號放大后的畫面。盡管在屏幕下方部分可以看到多個離散的8位步進(jìn)，但信號中有足夠的噪聲，導(dǎo)致偶爾的±1位誤差。在這個8位分辨率下，這些誤差明顯要大于斜波信號上的10位步進(jìn)。
圖11顯示了波形平均可望實現(xiàn)的明顯改善。在本例中，各個10位步進(jìn)從數(shù)字化噪聲中清楚地出現(xiàn)，演示了在波形平均這種信號處理技術(shù)幫助下，8位ADC至少能夠提供10位的垂直分辨率。
總結(jié)
本技術(shù)簡介說明了泰克數(shù)字示波器中高分辨率波形采集使用的基本測量和信號處理技術(shù)，使用部分簡單的實例說明了這些技術(shù)的優(yōu)勢。了解這些優(yōu)勢和影響可以更簡便地選擇及成功運用泰克示波器和探頭解決方案，更好地進(jìn)行高分辨率測量。
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