影響示波器測(cè)試精度的五大因素

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，低功耗器件的大量應(yīng)用以及更加嚴(yán)苛的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)約束，對(duì)儀器測(cè)試的精度越來越關(guān)注，開始不滿足于市面上示波器幅度測(cè)試的分辨率和精度了。

示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC位數(shù) 接下來由安泰測(cè)試Agitek為您分享影響示波器測(cè)試精度的五大因素是什么呢?

為提高測(cè)試精度理想的方式是提高示波器ADC位數(shù)，但是因?yàn)锳DC采樣率和垂直分辨率性能的互相制約，目前市面上常見的示波器是采用8bit ADC。我們換個(gè)角度來看，理論上用滿其垂直的動(dòng)態(tài)范圍，分辨率就是垂直量程/ 256(2^8)，如果采用12bit ADC的示波器其分辨率為垂直量程/4096(2^12)。顯而易見，高比特的ADC可以在測(cè)試精度上帶來非常大的提升。

現(xiàn)在工程師面臨著很多小信號(hào)測(cè)試的挑戰(zhàn)，如果您是電源設(shè)計(jì)的工程師，紋波測(cè)試非常重要，過去紋波電壓從幾十到一百多mV到目前只有十幾mV，甚至很多筆記本和手機(jī)上小到幾個(gè)mV的微小紋波測(cè)試。這就對(duì)測(cè)試用的示波器的分辨率提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，泰克全新一代示波器其硬件12bit ADC輕松解決微小信號(hào)的測(cè)試問題。

還有就是疊加在一個(gè)大的信號(hào)上的小信號(hào)測(cè)試。為測(cè)試到完整的信號(hào)，需要選擇一個(gè)較大的量程，但是又要保證能測(cè)試到微小信號(hào)變化，如何能準(zhǔn)確測(cè)試呢?歸根結(jié)底還是考驗(yàn)示波器垂直分辨率的指標(biāo)，請(qǐng)參考下圖就非常清晰顯示了其測(cè)試效果的對(duì)比。↘↘↘

不同位數(shù)ADC示波器測(cè)試小信號(hào)對(duì)比

示波器前端放大器

示波器信號(hào)接入一部分就是前端放大器，它非常重要。前端放大器是專為微小信號(hào)測(cè)試而設(shè)計(jì)的，可以使測(cè)試設(shè)備有更廣泛的應(yīng)用。但是前端放大器在放大有用信號(hào)的同時(shí)也將噪聲放大，理想的情況是選用噪聲系數(shù)較小的前置放大器。示波器可檢測(cè)的最小信號(hào)也主要取決于前置放大器的噪聲。

在泰克全新一代示波器提升了前端放大器的硬件性能，本底噪聲降低30%，從而提升了小信號(hào)的測(cè)試精度。具體的請(qǐng)參考下圖：

泰克新MDO3系示波器和傳統(tǒng)示波器本底噪聲對(duì)比

示波器采集模式

在泰克示波器中，“采集模式”一詞指波形數(shù)據(jù)的原始表示，通常是8位分辨率。所有后續(xù)處理操作( 顯示、自動(dòng)測(cè)量、光標(biāo)、數(shù)學(xué)和應(yīng)用) 都基于采集模式定義的信號(hào)數(shù)據(jù)表示。大多數(shù)示波器中默認(rèn)的采集模式是采樣模式。這是簡(jiǎn)單的采集模式，在這種模式下，普通示波器以選擇的采樣率(直到采樣率)用8位量值表示波形上的每個(gè)點(diǎn)。

在測(cè)量低壓小信號(hào)時(shí)，有兩種采集模式非常重要，具體視波形的可重復(fù)性而定，因?yàn)樗鼈兛梢杂脕砀纳茰y(cè)量分辨率：平均模式和HiRes 模式，下面詳細(xì)介紹了這兩種模式。

① 平均模式。平均模式是示波器采集系統(tǒng)中基本降噪的信號(hào)處理技術(shù)之一。通過使用兩次或兩次以上采集的數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)采用逐點(diǎn)平均的方法，形成輸出波形。平均模式改善了信噪比，降低了與觸發(fā)無關(guān)的噪聲，提高了垂直分辨率，可以更簡(jiǎn)便地觀察重復(fù)信號(hào)。

② 高分辨率模式。

HiRes模式，它計(jì)算并顯示每個(gè)采樣間隔中所有順序樣點(diǎn)值的平均值。這種模式提供了一種方法，用過采樣獲得與波形有關(guān)的進(jìn)一步信息。在HiRes模式下，通過獲得進(jìn)一步水平采樣信息，可以提供更高的垂直分辨率，降低帶寬和噪聲。HiRes處理在定制硬件中完成，以大限度地提高速度。HiRes模式較平均模式的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，是即使單次采集也可以使用HiRes模式。

應(yīng)優(yōu)化所有采集階段，以實(shí)現(xiàn)分辨率和噪聲性能

示波器的采樣率

對(duì)于當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)調(diào)試來說，混合信號(hào)已經(jīng)非常普遍，最近幾年數(shù)字信號(hào)的速度越來越快，工程師對(duì)數(shù)字信號(hào)處理能力要求越來越高，很多工程師糾結(jié)是不是購(gòu)買專用的邏輯分析儀來進(jìn)行高速數(shù)字信號(hào)處理。這里有個(gè)問題，市面上很多的示波器都名字為混合信號(hào)示波器MSO, 為什么不能用這類儀器來數(shù)字信號(hào)處理呢?

我們來確認(rèn)下這個(gè)問題，當(dāng)前市面上的MSO確實(shí)有數(shù)字信號(hào)處理能力，可以選配16路數(shù)字信號(hào)采集，也具有一定的分析功能，但是仔細(xì)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)其數(shù)字信號(hào)采樣能力有很大的限制。一般一臺(tái)示波器如果模擬通道的采樣率可以做到5GS/s，而其數(shù)字通道的采樣率只有200MS/s，市面上數(shù)字采樣率到500MS/s。大家都知道采樣率對(duì)信號(hào)還原，尤其對(duì)偶發(fā)異常信號(hào)捕獲的重要性，所以就目前的市面的MSO系列混合信號(hào)示波器來說，會(huì)對(duì)測(cè)試的結(jié)果存在疑慮。

不同采樣速率對(duì)數(shù)字信號(hào)細(xì)節(jié)還原對(duì)比

由上圖可以看出，對(duì)于現(xiàn)在越來越快的數(shù)字信號(hào)調(diào)試，需要更高的采樣速率捕獲數(shù)字信號(hào)細(xì)節(jié)，如果采樣率不夠就如圖5所示會(huì)丟失信號(hào)的細(xì)節(jié)，甚至還會(huì)顯示*錯(cuò)誤的信息。