讓您的示波器測量質量提升 1000 倍的絕招

  您是否希望示波器測量盡可能好？不要滿足于普通的測量；只需正確選擇信號的顯示刻度，即可顯著提升測量質量。為什么？ 因為示波器的采樣率和分辨率在測量中同樣重要。

采樣率受示波器水平刻度的影響。其公式為：

采樣率 = 存儲深度/采集時間長度

  存儲深度是一個恒定值，采集時間長度（或跡線長度）是一個變量，取決于您的每格時間設置。隨著時間/格設定值增加，采集時間長度增加。由于這一切都必須適應示波器的存儲深度，在某一點上，示波器的 ADC 將不得不降低采樣率。這實際上意味著什么？我們以 100kHz 方波的頻率測量為例。我們知道頻率為 100 kHz 且非常穩定，因此我們可以利用測量結果的標準方差來判斷測量的質量。圖 1 將 100 kHz 方波的水平顯示刻度設置為滿刻度 20 毫秒。并且，示波器的采樣率已自動從 5 GSa/秒下降到 100 MSa/秒，以使整個跡線能夠保存到示波器的存儲器中。在大約 1500 次測量后，測量的標準方差為 1.49 kHz（約 1.5%）。

1.49 kHz 的標準方差

  但是，如果我們選擇更小的時間/格設置值，有效縮短采集時間長度并提高采樣率，看看會發生什么。圖 2 所示為同一信號，但水平刻度設為 1.2 微秒/格。標準方差現為 1.5 Hz，是我們之前測量結果的千分之一。

1.5 Hz 標準方差

  所改變的只是信號的水平刻度以及示波器的采樣率。因此，選擇適當的示波器水平刻度，對于時間相關測量的質量有很大的影響。

  與水平刻度對時間相關測量有影響一樣，垂直刻度也會對垂直相關測量（電壓峰峰值、RMS 等）產生影響。我們再次以同樣的 100 kHz 方波為例，來看看峰峰值電壓。圖 3 中的信號定標為 770 毫伏/格。測量結果峰峰值的標準方差為18 毫伏。將示波器的伏/格設置降至 66 毫伏/格，則測量結果的標準方差變成 1.22 毫伏。這幾乎改善了 15 倍！

18 mV 標準方差

1.22 mV標準方差 

  垂直刻度設置為什么會起到作用？通過設置信號刻度，使之盡可能填滿屏幕，我們就能完全利用示波器的分辨率優勢。分辨率是 ADC 能夠達到多高精度的標志。分辨率越高， ADC 能檢測的垂直電平數量越多。例如，下圖所示為一個2 位 ADC。紅色正弦波是 ADC 的模擬輸入，藍色波形是數字化輸入。您可以看到，出現了四個不同的量化電平。

——模擬信號

——數字信號

  此圖所示為 3 位 ADC 對同一模擬波形進行數字化處理的結果。量化電平數越多， ADC 的數字輸出就越接近模擬輸入。

——模擬信號

——數字信號

  如果垂直定標的信號只填充了示波器屏幕的一部分，那么您實際上沒有充分利用 ADC 的分辨率。例如，如果您將信號定標至占據 3 位 ADC 屏幕的一半，那么在信號上方和下方您會分別留下兩個未使用的量化電平。這意味著，您的 3位 ADC 只能使用四個量化電平，相當于一個 2 位 ADC 的精度。

  搞清楚如何正確地設置示波器信號顯示刻度，能極大地改善您的測量質量。適當的水平定標會顯著改善時間相關測量的質量，而適當的垂直定標則會對垂直相關測量產生積極影響。下一次使用示波器時，請記住：正確設置信號刻度，可以獲得好的測量結果！

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