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了解示波器波形粗細屬性

2014-02-11 來源:微波射頻網 字號:
如何快速了解某個示波器會產生多少噪聲?大部分示波器廠商會對特定型號進行噪聲表征,并在產品技術資料中包含這些數值。如果廠商未提供,您可以主動申請或自行查找。幾秒鐘即可完成測量。

斷開所有輸入端與示波器前端的連接,將示波器設在50 ? 輸入路徑。您還可以在1M? 路徑上測試。啟用適量的采集存儲器,100Kpts 至1Mpts 就足夠了。示波器啟用無限余輝,測量波形的高度。波形越粗,示波器產生的內部噪聲就越多。示波器在每個垂直設置中具有獨特的噪聲質量。您能夠通過觀察波形粗細查看噪聲,還能借助電壓AC 真有效值測量來量化噪聲,以進行更多的分析。把垂直設置更改為更容易敏感的數值——100 mV 至10 mv/格——您就能夠看到噪聲按照全量程垂直數值的百分比增長,如圖3 所示。

圖 3.  快速表征示波器的噪聲。斷開所有輸入端。針對每個垂直設置中的通道進行Vrms AC 測量。

如果初始信號過窄,那么示波器就會降低噪聲并顯示較窄波形,可生成更好的視圖和測量結果。更改您的示波器設置以降低帶寬,由此消除了可導致信號過窄的寬帶噪聲。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。噪聲緩解設置非常適合那些具有低噪聲的示波器。

目標信號

目標信號既可以具備低噪聲也可以具有很高的噪聲。有時很難確定示波器上顯示的信號噪聲來自于目標信號還是示波器的內部噪聲。當示波器的ADC 進行信號數字化時,ADC 無法區分信號噪聲與示波器內部噪聲。它保存ADC 輸出信號并顯示相關數值。較粗波形能否表示您的測試信號或示波器?有幾種方法可以獲得解答。首先,使用前文提到的方法對示波器的內部噪聲進行快速評估。預計在每個采樣點上添加這種偏差。開啟無限余輝,查看波形形狀是否變粗或者不變。

有趣的是,無限余輝還能展示示波器噪聲對目標信號有何影響。對已知波形進行快速測試,觀察示波器的波形在正常顯示模式和無限余輝模式下有何不同,由此簡單了解一下示波器的噪聲和更新速率。如圖4 所示,具有高噪聲、低更新速率的示波器一開始會顯示細波形,當開啟無限余輝時,它會生成粗波形。具有高噪聲、高更新速率的示波器將會立即顯示一個粗波形——無論被測信號是窄還是寬。具有低噪聲、低更新速率的示波器一開始會顯示細信號,當開啟無限余輝時,信號保持不變或者變粗(如果目標信號也產生噪聲)。具有低噪聲、高更新速率的示波器一開始會正確顯示目標信號,當開啟無限余輝時,已顯示波形的粗細保持不變。

圖4.  啟用放大數學函數在波形上方垂直縮放,用戶通過查看垂直范圍包絡即可確定信號的噪聲大小。

圖中文字中英對照

Vertical zoom shows total noise height 垂直縮放能夠顯示整個噪聲高度

平均值模式一般通過降低噪聲使波形變細。平均值模式可使示波器進行連續采集,對每個已捕獲的點求平均值,如圖5 所示。這種方法通過多次采集求取噪聲平均值,能夠降低示波器整體噪聲。平均值權衡包括:平均值法還會求取目標信號值的平均值,并且僅針對重復信號。

高分辨率模式能夠降低噪聲,使波形更清晰地顯示被測信號,如圖5 所示。該模式既支持重復信號,也支持單次捕獲信號。在高分辨率模式中,示波器對鄰近樣本求平均值,因而能夠降低整體噪聲。高分辨率模式需要權衡的一點是:示波器必須對樣本求平均值,由此得到的平均采樣點的出現頻率會低于比初始采樣點。這會降低有效采樣率和整體帶寬。 

圖5.  平均值模式適用于重復信號,顯著降低噪聲,可獲得精確的窄波形。

圖中文字中英對照

Averaging (n=4) 平均值(n=4)

您是否還在思考細波形和粗波形的優劣?您現在擁有一定的專業知識和技術,能夠選擇一款更忠實再現您的目標信號波形的示波器?;蛘?,您已經選定某款示波器,您可以利用這些方法確定示波器如何顯示被測信號的細波形或粗波形。

主題閱讀:示波器  安捷倫
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