示波器波形展示了真實(shí)的電子信號(hào)。在評(píng)估示波器性能時(shí)，可以考察它顯示與目標(biāo)信號(hào)形狀相同的波形的能力。假設(shè)示波器具備足夠的基本技術(shù)指標(biāo)-——例如帶寬、采樣率和等頻率響應(yīng)，示波器應(yīng)當(dāng)顯示粗波形還是細(xì)波形更好一些？這個(gè)問(wèn)題的答案與大部分工程學(xué)問(wèn)題一樣：“視具體情況而定”。
小編現(xiàn)在帶大家研究一下示波器和信號(hào)的屬性，這些屬性有助于用戶確定是粗波形還是細(xì)波形。兩個(gè)關(guān)鍵屬性可使用戶了解他們的示波器顯示目標(biāo)信號(hào)的能力，分別是更新速率和噪聲。
更新速率對(duì)波形粗細(xì)的影響
讓我們看一個(gè)簡(jiǎn)單示例。圖1的上半部分顯示了兩款知名廠商生產(chǎn)的帶寬相等的示波器，示波器持續(xù)運(yùn)行并與完全相同的10 MHz正弦波連接。其中一款示波器顯示了較粗的波形，另一款顯示了較細(xì)的波形。這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值的不同。哪一種更加**？?jī)煽钍静ㄆ鞯?大區(qū)別之一就是更新速率。使用相同的設(shè)置，其中一款示波器的更新速率為每秒鐘100萬(wàn)個(gè)波形，比另一款示波器的更新速率快16000倍。
這一點(diǎn)對(duì)波形有何影響？圖1的下半部分顯示了當(dāng)開(kāi)啟無(wú)限余輝時(shí)，連接同一個(gè)信號(hào)的兩款示波器會(huì)如何顯示。兩款示波器都會(huì)構(gòu)建更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的圖像。10 秒鐘后，示波器顯示了相同的波形形狀與波形粗細(xì)。在這種情況下，數(shù)據(jù)速率更高的初始示波器能夠顯示更粗的波形，更清晰地表現(xiàn)每個(gè)示波器的顯示內(nèi)容。通過(guò)開(kāi)啟無(wú)限余輝，我們能夠快速進(jìn)行評(píng)估。
上圖兩款具有同等帶寬和近似噪聲的示波器連接到同一個(gè)信號(hào)。兩款示波器的噪聲類似。上面截圖顯示了Tek DPO5104A，它具有極窄的波形，提供更多細(xì)節(jié)。Agilent DSOX4104A 顯示的波形較寬。為什么有這種區(qū)別？原因在于更新速率。兩款示波器連接到同一個(gè)信號(hào)，采用相同的設(shè)置
開(kāi)啟無(wú)限余輝并等待10秒。兩款示波器顯示同樣粗細(xì)的波形。安捷倫示波器的更新速率為 100萬(wàn)個(gè)波形/秒，而Tek示波器在常規(guī)模式下的更新速率僅為60個(gè)波形/秒。波形粗細(xì)與示波器向初始信號(hào)中添加的噪聲數(shù)量有關(guān)。
示波器噪聲對(duì)波形粗細(xì)的影響
示波器測(cè)量的精度如何？通常從水平時(shí)基的角度看，示波器的測(cè)量精度極高，但從垂直時(shí)基的角度上看，精度就會(huì)顯著降低。原因是什么？一個(gè)主要原因是噪聲對(duì)測(cè)量帶來(lái)的干擾。示波器生成的內(nèi)部噪聲與被測(cè)信號(hào)耦合，由此造成信號(hào)卷積，噪聲在連續(xù)樣本中進(jìn)行數(shù)字化、存儲(chǔ)、處理和顯示。示波器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器無(wú)法區(qū)分由示波器產(chǎn)生的噪聲和由實(shí)際目標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生的噪聲。但是，您可以運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試，以確定您的示波器對(duì)信號(hào)添加了多少噪聲。采取特定的設(shè)置組合，快速確定您的示波器將會(huì)產(chǎn)生多少噪聲，并對(duì)兩款示波器進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。
上圖更新速率相同的兩款示波器連接到同一個(gè)信號(hào)。兩者所顯示的波形粗細(xì)大為不同。原因何在？4GHz 示波器的噪聲高于500MHz示波器。粗細(xì)不同的原因在于噪聲。
上圖顯示了兩款示波器正在查看同一個(gè)10MHz正弦波。其中一個(gè)示波器顯示了更粗的波形。根據(jù)前文的示例，示波器是否因?yàn)榫邆涓斓母滤俾什拍茱@示更粗的波形？答案是否定的。兩款示波器在開(kāi)啟無(wú)限余輝時(shí)具備相同的更新速率，其中一款示波器仍將顯示更粗的波形，而另一款則是顯示較細(xì)波形。區(qū)別在于，其中一款示波器的噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于另一款示波器，噪聲差值會(huì)生成更寬的信號(hào)。其它的噪聲源包括位于測(cè)試設(shè)置中的有源和無(wú)源探頭。有源探頭一般使用示波器通道中的50?信號(hào)路徑，這些路徑的噪聲低于1M?信號(hào)路徑。
如何快速了解某個(gè)示波器會(huì)產(chǎn)生多少噪聲？大部分示波器廠商會(huì)對(duì)特定型號(hào)進(jìn)行噪聲表征，并在產(chǎn)品技術(shù)資料中包含這些數(shù)值。如果廠商未提供，您可以主動(dòng)申請(qǐng)或自行查找。幾秒鐘即可完成測(cè)量。
斷開(kāi)所有輸入端與示波器前端的連接，將示波器設(shè)在50?輸入路徑。您還可以在1M? 路徑上測(cè)試。啟用適量的采集存儲(chǔ)器，100Kpts至1Mpts就足夠了。示波器啟用無(wú)限余輝，測(cè)量波形的高度。波形越粗，示波器產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲就越多。示波器在每個(gè)垂直設(shè)置中具有獨(dú)特的噪聲質(zhì)量。您能夠通過(guò)觀察波形粗細(xì)查看噪聲，還能借助電壓AC真有效值測(cè)量來(lái)量化噪聲，以進(jìn)行更多的分析。把垂直設(shè)置更改為更容易敏感的數(shù)值—100mV至10mv/格，您就能夠看到噪聲按照全量程垂直數(shù)值的百分比增長(zhǎng)，如下圖所示。
上圖快速表征示波器的噪聲。斷開(kāi)所有輸入端。針對(duì)每個(gè)垂直設(shè)置中的通道進(jìn)行VrmsAC 測(cè)量。如果初始信號(hào)過(guò)窄，那么示波器就會(huì)降低噪聲并顯示較窄波形，可生成更好的視圖和測(cè)量結(jié)果。更改您的示波器設(shè)置以降低帶寬，由此消除了可導(dǎo)致信號(hào)過(guò)窄的寬帶噪聲。示波器廠商采取各種方法降低示波器固有噪聲，例如求平均值、高分辨率模式、帶寬限制。噪聲緩解設(shè)置非常適合那些具有低噪聲的示波器。
