改善數(shù)字熒光示波器垂直分辨率的N個(gè)方法（下）
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時(shí)間：2017-01-12
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由于DAC在輸出上沒(méi)有低通重建濾波器，因此信號(hào)預(yù)計(jì)將顯示離散的電壓步進(jìn)。但是，信號(hào)上的噪聲會(huì)掩蓋這些步進(jìn)。
圖6顯示了64個(gè)波形的平均結(jié)果，對(duì)非常長(zhǎng)的記錄來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)非常長(zhǎng)。和預(yù)計(jì)的一樣，隨機(jī)噪聲明顯衰減，DAC的離散電壓步進(jìn)開(kāi)始顯現(xiàn)。此外，由于采樣率非常高，其保持了全部測(cè)量帶寬。但是，由于步進(jìn)信號(hào)與觸發(fā)信號(hào)不相關(guān)，因此平均算法還消除了被平均的畫(huà)面中的步進(jìn)信號(hào)。
圖7顯示了單次HiRes采集類(lèi)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(hào)。此外，通過(guò)采用HiRes采集模式，垂直分辨率已經(jīng)被提高到大約12位，測(cè)量帶寬已經(jīng)被降低到大約22 MHz。
圖8. 40 MHz數(shù)字時(shí)鐘在采樣模式下的頻譜，其中隨機(jī)基線(xiàn)噪聲和其它信號(hào)使顯示畫(huà)面變得非常復(fù)雜。
圖9. 40 MHz數(shù)字時(shí)鐘在平均64個(gè)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(cè)量40 MHz時(shí)鐘頻譜
第二種應(yīng)用是分析40 MHz數(shù)字信號(hào)的頻譜。數(shù)字信號(hào)在信號(hào)邊沿的時(shí)間位置傳送大部分信息(在越過(guò)一個(gè)門(mén)限時(shí)測(cè)量)，而不是在信號(hào)幅度中。波形平均在從這類(lèi)連續(xù)信號(hào)去掉隨機(jī)噪聲中非常高效。
頻譜分析可以非常靈敏地測(cè)量平均操作降低的噪聲，這在一定程度上基于其對(duì)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(xiàn)噪聲降低了10-20 dB，另外還降低了許多其它成分，可以更簡(jiǎn)便地識(shí)別時(shí)鐘的諧波和其它干擾信號(hào)。
圖10.高分辨率斜波信號(hào)放大后的畫(huà)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(hào)在大量平均基礎(chǔ)上放大后的畫(huà)面，顯示了垂直分辨率明顯提高。
檢驗(yàn)DAC分辨率
第三個(gè)實(shí)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(shí)際垂直分辨率。圖10顯示了10位垂直分辨率時(shí)斜波信號(hào)放大后的畫(huà)面。盡管在屏幕下方部分可以看到多個(gè)離散的8位步進(jìn)，但信號(hào)中有足夠的噪聲，導(dǎo)致偶爾的±1位誤差。在這個(gè)8位分辨率下，這些誤差明顯要大于斜波信號(hào)上的10位步進(jìn)。
圖11顯示了波形平均可望實(shí)現(xiàn)的明顯改善。在本例中，各個(gè)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(hào)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(jiǎn)介說(shuō)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(cè)量和信號(hào)處理技術(shù)，使用部分簡(jiǎn)單的實(shí)例說(shuō)明了這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。了解這些優(yōu)勢(shì)和影響可以更簡(jiǎn)便地選擇及成功運(yùn)用泰克示波器和探頭解決方案，更好地進(jìn)行高分辨率測(cè)量。
評(píng)論