用高分辨率示波器測(cè)量微小信號(hào)
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時(shí)間：2012-09-12
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實(shí)時(shí)示波器由于采樣率高，ADC位數(shù)很難提高。在需要高分辨率測(cè)量的場(chǎng)合經(jīng)常由低采樣率的數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。為滿(mǎn)足高分辨率的測(cè)試需求，美國(guó)力科公司研發(fā)了新型的實(shí)時(shí)示波器WaveRunner HRO 6Zi，簡(jiǎn)稱(chēng)HRO(高分辨率示波器)。其ADC位數(shù)達(dá)12位，同時(shí)具備較高的采樣率-2GS/s。存儲(chǔ)深度(記錄長(zhǎng)度)可以達(dá)到每通道256M采樣點(diǎn)。HRO示波器高分辨率、高采樣率和長(zhǎng)存儲(chǔ)特性使其在多數(shù)測(cè)試場(chǎng)合中都能替代數(shù)據(jù)采集卡。當(dāng)然，它也具備示波器所擅長(zhǎng)的測(cè)量、分析和調(diào)試功能，其易用性更好。
ADC位數(shù)對(duì)垂直分辨率有多大影響？我們來(lái)看圖1，這是用8位示波器和12位示波器分別對(duì)同一個(gè)信號(hào)采集后，對(duì)其中部分波形放大顯示的結(jié)果。
圖1：8位示波器和12位示波器捕獲波形對(duì)比
垂直分辨率還和示波器本身的噪聲和失真水平有關(guān)。打個(gè)比方，一臺(tái)高分辨率的電視機(jī)，如果它內(nèi)部電路的噪聲很大，導(dǎo)致屏幕出現(xiàn)很多雪花點(diǎn)。即便是高清片源也會(huì)被這些雪花點(diǎn)給模糊了。同樣道理，示波器ADC能夠分辨的最小電壓也可能淹沒(méi)在示波器的噪聲中。如何評(píng)估示波器的噪聲水平呢？有的示波器廠(chǎng)家喜歡采用基底噪聲：示波器不輸入信號(hào)，測(cè)量基線(xiàn)的噪聲大小。這種指標(biāo)只能作為參考。因?yàn)闆](méi)有人使用示波器時(shí)不輸入信號(hào)。有無(wú)輸入信號(hào)，示波器內(nèi)部電路的工作狀態(tài)可能差別很大。圖2是某示波器沒(méi)有輸入信號(hào)和輸入一個(gè)高信噪比5GHz正弦波的對(duì)比圖，并分別對(duì)時(shí)域波形做FFT，觀(guān)察頻域。在沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，頻域噪底比較平坦；而輸入正弦波后，除了信號(hào)基頻和諧波分量以外，出現(xiàn)了不少雜散，而且噪底的形狀也不再平坦。因此，基線(xiàn)噪聲不是評(píng)估示波器噪聲水平的合理指標(biāo)。
圖2：示波器沒(méi)有輸入信號(hào)和輸入一個(gè)高信噪比5GHz正弦波的對(duì)比圖
力科HRO不僅ADC位數(shù)比其他實(shí)時(shí)示波器高，也有極低的噪聲水平。其典型的信噪比為55dB，而8位示波器一般只有35~40dB。圖3是將一個(gè)多諧波信號(hào)分別輸入到8位和12位示波器，轉(zhuǎn)化到頻域觀(guān)察的圖形。兩者頻域的垂直刻度和基準(zhǔn)都一樣。從圖中可以看出，12位示波器的頻域噪底比8位示波器低大約10dB。
圖3：將一個(gè)多諧波信號(hào)分別輸入到8位和12位示波器，轉(zhuǎn)化到頻域觀(guān)察
評(píng)論