為何高分辨率示波器成為主流發(fā)展趨勢(shì)？

　　一、當(dāng)前示波器的垂直分辨率是什么樣的？

　　1、無論我們手中的示波器是100MHz帶寬，還是1GHz帶寬，帶來的主要差異是對(duì)高速信號(hào)分析儀的能力。有高帶寬、高采樣率可以幫助一些分析高頻的模擬信號(hào)，也可以分析越來越快的數(shù)字信號(hào)。而示波器除了在水平時(shí)間軸上用更高帶寬與更大采樣率分析測(cè)試信號(hào)外，在垂直幅度上怎么分析測(cè)量信號(hào)的呢?答案是垂直分辨率，也就是ADC位數(shù)。我們調(diào)研了市場(chǎng)最常用的也是保有量非常大的500MHz帶寬的品牌示波器的垂直分辨率，如下表：

　　由上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在最常見的8bit垂直分辨率下，垂直增益精度集中在±3%以內(nèi)，一般是垂直檔位越小，精度越差，測(cè)試小信號(hào)的誤差也越大。

　　2、我們一般選用示波器來測(cè)試電壓信號(hào)或者電流信號(hào)，在測(cè)高壓信號(hào)或者電流信號(hào)時(shí)需要外接高壓差分探頭或者電流探頭，高壓差分探頭和電流探頭的一般精度為±1%左右，示波器與探頭配合使用累計(jì)誤差將更加大。下圖是一個(gè)示波器進(jìn)行電源測(cè)試測(cè)量的典型場(chǎng)景。

　　3、示波器一般是用來測(cè)量顯示電壓或者電流變化趨勢(shì)的，也就是把不可見的信號(hào)采集并顯示出來，這本身也就是人們研發(fā)示波器的初衷，但是我們現(xiàn)在都將示波器做為一個(gè)綜合儀器來用，既想要波形，也想要精準(zhǔn)的測(cè)量，也要高端的分析功能。那么原有的這8bit的垂直分辨率就有些吃力了。

　　4、那為何各廠商不把垂直分辨率做高呢？我們都知道現(xiàn)在在用的主流示波器是數(shù)字示波器，也就是把前端經(jīng)過處理的模擬信號(hào)采樣量化，現(xiàn)代示波器的采樣率隨便就有幾個(gè)G點(diǎn)每秒，而每個(gè)點(diǎn)經(jīng)過ADC采樣產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，示波器就要專門的高速緩存及處理器處理這樣海量的數(shù)據(jù)，ADC既要單位時(shí)間內(nèi)采集更多的點(diǎn)，又要同一個(gè)時(shí)刻進(jìn)行更多位數(shù)的量化，就帶來了處理能力的巨大挑戰(zhàn)，由于近些年來信號(hào)的速度是越來越快，各個(gè)品牌儀器廠商就都優(yōu)先考慮帶寬與采樣點(diǎn)數(shù)來開發(fā)示波器，遂造成了8bitADC延續(xù)多年?，F(xiàn)在諸多新的應(yīng)用中就遇到了瓶頸。

　　二、示波應(yīng)用中遇到的精度測(cè)試挑戰(zhàn)是？

　　示波器覆蓋更多的應(yīng)用場(chǎng)景的同時(shí)也對(duì)示波器測(cè)量精度本身提出了更多的挑戰(zhàn)。當(dāng)前新一代信息技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等行業(yè)，應(yīng)用更多的芯片、更多的傳感器、更多的電源能耗場(chǎng)景。比如芯片為了降低功耗并提高處理速度，就要降低電壓、降低電流、減少功耗，也需要更加精準(zhǔn)溫度的電源系統(tǒng)，而這些精準(zhǔn)的小信號(hào)就需要精準(zhǔn)的電壓、電流與功率測(cè)量。傳統(tǒng)的示波器的3%的DC垂直精度將不再滿足要求。

　　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代需要布置更多的傳感器，需要電池供電，也是更多的低能耗，大量的分布式覆蓋。這些應(yīng)用場(chǎng)景都需要分析更小的電壓與電流信號(hào)，原有的8bitADC示波器應(yīng)用起來就捉襟見肘了，所以現(xiàn)在示波器廠商就轉(zhuǎn)過頭開發(fā)更多高分辨率的示波器。

　　如下為當(dāng)前更具前瞻力示波器廠商推出的500M帶寬的高分辨率示波器：

　　可以看出更高垂直分辨率帶來了更高的測(cè)量精度可以達(dá)到0.5%,那么示波器的測(cè)量就可以進(jìn)行更精準(zhǔn)的電壓、電流與功率測(cè)量，這是符合應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)展趨勢(shì)與要求的。

　　三、高分辨率示波器可以給用戶帶來什么？

　　美國品牌泰克近兩年推出的新4系及新5系除了更大的屏幕、更多的分析測(cè)量功能，還有一個(gè)主要的升級(jí)就是垂直分辨率的提升，都提升到了12bit。相比于普通的8-bit示波器256級(jí)量化等級(jí)，12-bit示波器可達(dá)到4096級(jí)，是普通示波器的16倍，具備更小的量化誤差。國產(chǎn)示波器的領(lǐng)軍品牌鼎陽在高分辨上也是新品不斷，垂直分辨率位數(shù)同樣是提高到了12bit。高分辨率帶來的測(cè)量意義與價(jià)值下圖有一個(gè)很直觀的展現(xiàn)。

　　四、總結(jié)

　　事物的發(fā)展規(guī)律是一個(gè)螺旋式上升的過程，示波器的發(fā)展也同樣如此，我們一方面要提高水平時(shí)間軸上的采樣率去分析更快速的信號(hào)，但同時(shí)我們也決不能忽視快速變化信號(hào)是小信號(hào)必然要求。在國家“”雙碳”政策的大背景下，更加先進(jìn)的技術(shù)必然需要更加精準(zhǔn)高效的測(cè)試測(cè)量儀器，相信更高分辨率的示波器可以為更精準(zhǔn)的能量控制助力。