什么是示波器底噪？如何測量評估示波器底噪？

　　今天我們來看一下影響信號完整性的其中一個因素，示波器的底噪。示波器的底噪即示波器的本底噪聲，一般指示波器在測量中與信號存在與否無關的一切干擾，主要是由示波器的衰減器，前端放大器以及模數轉換器產生。

　　一、垂直噪聲從哪里來?

　　示波器的垂直噪聲主要來自兩個方面：

　　1、模擬前端電路的噪聲：

　　包括衰減電路的噪聲、緩沖電路的噪聲、放大器的噪聲以及電源的噪聲。

　　因為隨機噪聲的無界性、隨機性，帶寬越高，噪聲頻譜越寬，模擬前端電路的噪聲越大。示波器的基線本底噪聲主要由這部分決定，這也是評價模擬前端設計好壞的重要指標。

　　2、模擬信號數字化過程產生的噪聲：

　　主要是ADC的量化噪聲。

　　關于ADC的量化噪聲，貝爾實驗室的W. R. Bennett 1948年發表的經典論文中有一條很有名的公式可以表征：

　　示波器通常為了防止ADC超出限制，留了±1div的裕量，實際垂直幅度范圍為10div，所以在1V/div檔位下ADC的1LSB為40mV左右。測量幅度為5Vpp的方波信號，測量誤差主要來自量化噪聲。

　　二、垂直噪聲會帶來什么影響?

　　示波器垂直噪聲會從很多方面影響信號的精確測量，它會：

　　1、引入幅度測量誤差;

　　2、引入sin(x)/x波形重建不確定度;

　　3、在進行小信號測量時會導致觸發抖動，無法穩定波形，這時必須設置觸發耦合為高頻抑制，并適當增大觸發靈敏度;

　　4、產生顯示不良的“胖波形”。

　　三、如何評估示波器的底噪?

　　既然底噪如此重要，要怎么評估一臺示波器的底噪呢?通常認為示波器的基線本底噪聲是示波器垂直檔位置于靈敏度最高條件下測得的。但是市面上很多示波器在最高靈敏度檔位下，由于放大器增益大于40dB，帶寬通常會有所降低。所以要比較不同示波器的底噪，應該把相同帶寬特征的示波器放在一起，對比他們在全帶寬條件下最高靈敏度檔位的基線本底噪聲。

　　因為噪聲服從高斯分布，存在隨機性、無界性，噪聲測量中收集的數據越多，得到的噪聲峰峰值偏移更高，基于這一原因像垂直噪聲和隨機抖動這類隨機現象應使用RMS(均方根)值來進行定義和測量。

　　如果你想比較不同型號的泰克示波器的基線本底噪聲，需要將它們各種設置置于盡量接近的條件，步驟如下：

　　1、打開通道1，設置為直流耦合，輸入阻抗設置為1MΩ，關閉帶寬限制，置于2mV/div垂直檔位;

　　2、斷開探頭的連接，將輸入端口接地，并遠離可能耦合進來的噪聲源;

　　3、將時基檔位設置為20ns/div，存儲深度盡量選擇接近的值;

　　4、正確設置觸發通道與觸發電平;

　　5、關閉其他通道(某些型號示波器由于多通道共用單片ADC、存儲芯片，在開啟多個通道時會降低采樣率、存儲深度等參數);

　　6、打開示波器的測量功能，選擇電壓有效值(RMS-AC)測量;

　　7、為了對比更明顯，設置余輝時間為10s。

　　需要注意的是除了帶寬以外，以下幾項也同樣會影響底噪測量結果：

　　1、時基檔位：

　　不同的時基檔位對應的采樣率、存儲深度、波形刷新率都不同，而且不同的示波器差別也很大。即使使用相同的時基檔位，示波器的存儲深度等參數還是會有很大差別。

　　2、耦合方式：

　　在交流耦合下會使低頻噪聲受到一定程度的抑制，影響噪聲測量結果。而且不同的示波器低頻響應不同，對低頻噪聲抑制也不一樣，所以應使用直流耦合評估和比較示波器的底噪。

　　3、存儲深度：

　　因為噪聲固有的隨機性，收集的數據越多，測量得到的噪聲峰峰值越大。

　　4、波形刷新率：

　　波形刷新率越大，屏幕上顯示的波形越多，測量得到的噪聲峰峰值也越大

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