原创 示波器测量准确度问题探讨及力科12位ADC示波器的应用

汪进进  美国力科公司深圳代表处 

 

网络视频入口:http://webcast.ednchina.com/529/Content.aspx

讲稿文档下载:

http://www.ednchina.com/webcast/测量精确度Web%20Seminar-V1.0.pdf

 

讲稿词:

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各位网友,大家好! 我是力科公司的汪进进,欢迎您参加力科公司第三届“精品工程”系列网络视频讲座会的第四场。 今天我们要和大家探讨一个令很多工程师很纠结的话题：示波器的测量准确度问题。我深知，与此相关的很多问题在困扰着您。欢迎大家踊跃提问。

 

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这是我们今天要谈论的议程。 我们将从经常被问到的测量准确度相关的典型问题出发，讨论影响示波器测量准确度的一系列因素，并将着重讨论最关键的 影响因素量化误差的问题。这些存在的影响因素有些是我们用户无法改变的,有些是我们在了解原理后可以在测量上予以改进的。 为此，我们将介绍提高示波器测量准确度的使用技巧，最后我们将向大家介绍力科新推出的12位ADC示波器及其应用价值和行业应用实例。

 

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和示波器测量准确度相关的问题非常多,这个幻灯片上列出了一些有代表性的问题。如测量直流电压，和万用表相比，哪个更准?  微弱的小信号能否被准确测量？ 相位噪声能否准确测量？小电压的纹波能否准确测量？ 测量高压时仪器之间差别为什么这么大? 大电压中的小电压能否准确测量？ 等等。

 

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那么，到底是哪些因素影响了测量的准确度呢?    大的方面，我们要具体来讨论垂直量的测量准确度和水平量的测量准确度。这两种测量准确度的影响因素非常多，请看幻灯片上罗列的这些。  

       其实两个方面的影响因素又是相互有影响的，不能完全绝对地分开来考虑。譬如量化误差除了影响幅值测量，也会影响上升时间的测量，而带宽,采样率除了影响上升时间的测量，也会影响幅值的测量。 

 

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       最常见的问题是，为什么示波器测量的直流电压值没有万用表准确?   首先, 我们不得不承认的是,比万用表贵得多的高端示波器在测量直流电压方面没有万用表准确。

      了解示波器计量的朋友可能知道，示波器的DC精度其实就是通过万用表计量的。具体过程是将标准的直流电源输出，通过功分器一分为二，通过等长的电缆同时输出到万用表和示波器，示波器上显示出的平均值测量参数和万用表比较。示波器显示出来的这个直流电压是随时间变化的很多的采样点,最终是将这些采样的点的平均值和万用表显示出的读数相比较。所以您在图片上看到0V DC信号的局部放大是由随着时间变化的很多的采样点。

      万用表是作为直流电压的可溯源的计量工具，而示波器是工程师的眼睛，是一种调试工具,是工程师用来洞察电路行为的工具。 工程师遇到的问题不会总是直流信号。当遇到变化的波形的时候，示波器的威力就显示出来了。 但我们不妨先来追究一下示波器测量DC信号的误差来源是什么。

 

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示波器测量直流信号的误差来源于示波器本身的增益误差，系统非线性度,偏置电路误差和量化误差。在示波器的Datasheet上标明DC增益误差，偏置精度，ADC位数等指标。  便置精度包括了系统非线性度和偏置电路误差。

 

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DC增益误差的指标一般小于输入电压的+/-1%，因此，当示波器只有增益误差时，对于一个100mv的输入电压，测量出的电压范围应是在101mv到99mv之间。偏置误差的典型指标 是± 1% FS，譬如输入电压为100mv，偏置为0V，量程为50mV/div，那么偏置误差为= ± 1% * FS= ± (1% * 8 * 50 mV)= ± (1% * 400 mV)    = 4 mV，测量出来的电压值为104mv。偏置精度指标的范围已包括了系统的非线性度。

 

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 示波器更多的是用来测量交流信号。对于交流输入信号，测量的另外一个大的误差来源是频率的线性度，频响曲线的形状和通道之间的匹配度。其中影响最大的频响曲线的形状。就示波器的行业标准而言,示波器幅频曲线距离理想响应的偏差允许达到+/-2dB，这意味着，对于理想中的1V的纯的单一频率正弦信号，测试的结果偏差20%以内是很正常的。左上图表示6GHz实际的示波器频率响应曲线，对于500MHz,1GHz和2GHz 的正弦输入信号，测量出来的幅值平均值分别为552mv,569mv和503mv，幅值偏差达到了12%。但他们都是正确的测量结果。 对于一个非正弦的宽带方波信号，其幅值由一系列的正弦信号“合成”的，其误差的计算要复杂很多。

 

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而探头和测试环境的影响因素就更加复杂，甚至难以量化，特别是环境噪声的EMI影响问题。 干扰的传播有两个来源，一个是传导，一个是辐射。前者指干扰沿着导线介质来传播，后者是指通过空中的电磁场的耦合。这两个因素都会影响测试结果。地环路常是传导的介质。在强电环境中地环路非常容易受到干扰，从而影响测量结果。 我常把工业厂房的“大地”比如成波澜不惊的大海，而每一个和大地连接的电子设备的“地”就如流向这大海的无数条河流。每个电子设备在工作的时候就会使河流入海口的地方的海水变“混浊”，如果在这附近有另外一个电子设备也在工作，这条河流变混浊的海水会影响到另外一个河流。这就是地环路的干扰问题。

单端探头的线差不多都有一米长，我们将这些线悬在空中和将这线尽可能地缩短然后用手握住，幅度特别是峰峰值的测试结果差别很大。有时候探头的地线被磨损了，测试的波形看起来是一条直流信号上有很多细小的毛刺。有一次我查看这种毛刺的来源，找了半天才发现这根探头的地线是工程师自己做的。 没有很好屏蔽效果的地线也会极大地增加辐射的干扰，在高压测试中很轻松地带来 100V以上的误差。

 

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有时侯我们为了省事，同时用多个通道时，只将一个探头的地线接上，这无疑为对测量结果影响很大。探头的地线越短越好，地线和信号线之间的环路面积越大，辐射带来的影响越大。图片上显示了不同长度的地线对测量带来的影响，这种影响对于峰峰值的测量动辄带来10%以上的误差。

 

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应该说,前面谈到的垂直量测量准确度的影响因素也对水平量产生影响。 但影响水平量更直接的因素有哪些呢?

 

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这个方框图显示了水平量测量准确度的影响因素:包括采样率，带宽， 幅值误差和垂直噪声，孔径误差，触发抖动，插值误差，时基稳定性等。  捕获的一个基本原则是要过采样而不要欠采样，采样率足够高才能保证测量的准确性。带宽和上升时间是息息相关的。幅值的误差可以转换为时间的误差。孔径误差和触发抖动也会影响到测量准确度。插值误差在采样率不足的时候影响非常大，这是我们之前可能比较忽略的因素。示波器的时基稳定性也会影响到测量准确度。

 

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这张幻灯片说明了对于一个固定的垂直噪声是如何影响水平方向的抖动参数值的，而且这种影响随着上升沿的快慢会不一样。 边沿越快，垂直噪声映射的抖动越小。 垂直噪声可按图示的公式计算出具体抖动值的大小,例如，对于一个斜率为0.5V/ns的波形量化误差产生的抖动值为5.6ps。

 

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这个幻灯片说明了孔径误差和触发抖动。实际上这两者很难完全区分开来。这个误差也是仪器固有的,无法通过测量技巧来消除，不过现代的示波器技术发展，这个误差值越来越小。

 

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测量一些水平参数，比如脉冲宽度，上升时间等，都需要先确定一个电平阀值。比如脉宽定义为脉冲在幅度的50%电平处的时间宽度。那么用示波器测量脉宽首先要找到50%电平阀值点。由于采样点不太可能刚好落在阀值电平上，因此必须通过插值的方式来增加采样点以逼近阀值点，找出其对应的时刻，这种方法找出的时刻和真实时刻之间的偏差就是插值抖动。

插值算法有线性插值，三次（立方）插值,正弦插值,辛格函数插值等。线性插值简单地将采样点用直线连接起来，这种方法带来的插值抖动比较大。在满足过采样的情况下，辛格函数插值是准确度比较高的方法。三次（立方）插值的准确度近似辛格函数插值，但运算效率更高，力科示波器在测量水平参数的时候采用的是三次（立方）插值，插值抖动小于0.1ps

 

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示波器内部的测量电路需要一个稳定的基准时钟,它的长期稳定性就是时基精度。WAVEMASTER 8ZI的时基精度小于1ppm.

水平参数的测量不确定度受时基精度影响，可用演示稿上的公式来量化。

但是需要注意的是，很多时间参数测量是基于相对时刻，比如脉宽是上升沿和下降沿50%电平时刻的相对间隔时间。那么对于这种短期的相对时间间隔，时基精度对测量不确定度的影响要小很多。

 

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在以上诸多的测量准确度的影响因素中，量化误差的影响是决定性的，是最大的影响，特别是在测量微弱的小电压信号和特别大的电压信号时。 下面我们来具体讨论一下量化误差问题。

 

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传统的示波器都是被离散为8位二进制数字。这样产生的动态范围是256:1 。 这意味着屏幕上测量到的最大电压和最小电压的范围永远是256:1.  图示中说明了示波器保存的二进制数的情况。 这些二进制数通过乘以垂直增益，加上偏置电压转换为我们测量时读到的电压值。因此，相同的二进制数可能会对应为不同的电压值，可能是10mv电压也可能是10000V电压，取决于示波器的设置。 每一个比特位代表的物理量越小，意味着量化误差越小，测量的结果越准确。

 

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那么什么叫量化误差呢?  连续的模拟信号在转换为数字信号的离散化过程中，由于没有无限数量的离散化的数字电平来重组连续的模拟信号，因此，实际的模拟电压值与对应的数字化电平值之间总会有偏差，这个偏差值叫量化误差。在一定数值范围内的电压用相同的二进制代码来表示，因此，这个量化的不确定性是 ±1/2  LSB。 LSB可以理解为数字离散化的最小步进。量化误差是指量化结果和被量化模拟量的差值,显然量化级数越多,量化的误差越小。 量化级数指的是将最大值均等的级数,每一个均值的大小称为一个量化单位。幻灯片中表示用3位和5位ADC来重组一个直线波形和一个正弦波形，其效果明显不一样。

 

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量化误差可以看作是叠加在信号上的噪声，称为量化噪声，通常情况下是均匀分布，用q代表最小量化电压LSB，那么可以根据演示稿左下方的公式算出量化噪声的有效值为q/SQAR(12)

假设输入一个满刻度的正弦信号，那么按演示稿右下方公式可以算出信噪比（SNR)为6.02N+1.76db，这是理想的N位ADC在理论上的性噪比计算公式。实际上除了量化误差，在评估ADC特性的时候，还需要把ADC的其他非理想特性一起考虑，比如失真。因此用信号与噪声+ 失真比SINAD来衡量ADC的特性。另外一个相关的性能是有效位数ENOB，它表示在考虑到ADC自身引起的噪声和失真的情况下，ADC的实际有效位数。

 

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 为了说明清楚量化误差对测量的影响，我们常打这么一个比方，对于长度物理量的测量，譬如我们在测量头发丝的直径时，如果用最小刻度为每格1cm的刻度尺的测量结果如何？ 有非常大的估计误差。测量头发丝的直径的最佳工具是螺旋测微器。

   对于电压物理量的测量，我们做一个极端的实验。将探头的地和信号针直接相连悬在空中，比较量程为20mV/div和100V/div时的pk-pk值，其差异是多大？ 几十伏的差异！！

   这表示在100V/div时测试出来的20V的信号，实际上只有不到20mV！  所以对于测量800V的高压, 20V的误差是非常非常正常的！ 50V也是非常正常的！ 

    幻灯片中，上图在1V/div 时测量出的Pk-pk值是1.6399V，下图在200mv/div时测量出的Pk-pk值是1.4939V。

 

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ADC的位数越高，量化误差越小，测量精度越高，这就好比刻度尺的最小刻度越小一样。12位ADC的台阶数有4096个，测量相同的电压值的最小“步进”比8位ADC小16倍，因此量化误差小得多。

 

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更具体一点，比如我们用12位ADC示波器测量8V信号，最小可检测到的电压值是1.95 mV, 而8位ADC最小只能检测到31.3 mV。这种差别对测量的影响是巨大的。

 

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    前面我们列举了十几种影响测量准确度的误差。这不是要让我们对使用示波器望而却步，而希望使我们更好地理解示波器的局限性，更好地理解Datasheet的指标，更好地理解测量结果。误差总是存在的，有些是仪器本身固有的，无法消除的，有些是可以通过正确地操作示波器来减小误差。

 

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那么该如何提高示波器的测量准确度呢？ 下面这些原则、技巧是我们强烈推荐的。

         最小化量化误差:尽量让波形占满栅格

时刻警惕采样率：要过采样而不要欠采样 

利用参数的测量统计功能

信号平均 (不需要测量信号的噪声而且波形是稳定的)

利用ERES的FIR滤波 (不需要测量噪声)

使用更多位数ADC,更低噪声模拟前端的高精度示波器,如力科的WaveRunner HRO 6Zi

减小探头的影响

 

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我们强调的捕获的第一原则是:最小化量化误差。   也就是说要尽量让波形占满栅格,充分利用ADC的范围。 前面我们举的探头信号和地短接的例子很能说明这一原则的重要性。 下面我们通过另外一个实例来强化这个原则。

 

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图示通道1捕获了一组方波信号,垂直通道设置为1V/div，屏幕上有8个垂直栅格， 满刻度的量程为8V。

 

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这个波形的峰峰值参数(pkpk)测量值显示为6.41 V ，占了满栅格的80.1% ，(6.41V)/(8V) = 80.1%。

 

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通过调节测量门限，方波的顶部噪声信号可以隔离出来单独测量观察

 

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参数1 (通道1的pkpk值)现在测量出来的只是方波顶部的噪声信号

 

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利用测量统计功能，捕获1000次，脉宽顶部的pkpk值每次都测量出来。在1V/div的量程下,顶部噪声的平均值为886.7 mV.

 

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将垂直通道设置改为5 V/div, 测量出来的顶部噪声的pkpk值为1.783 V.  这个测量的误差是很大的，因为示波器只利用了ADC的很小的一部分来量化这个信号

 

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进一步调节垂直刻度显示通道的垂直设置明显地影响噪声信号的测量结果。在550 mV/div,平均噪声只有821mV; 在2V/div, 测量出来的结果为1.02 V, 在10V/div, 噪声电平显示为3.06V.   在2 V/div 和10 V/div之间, 量程变化5倍,对应的测量结果有3倍的变化.！

因此，这给我们的经验是我们常说的捕获信号的第一原则:  最小化量化误差。

 

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提高测量准确度的第二个原则也是七个字:时刻警惕采样率。如图所示的两个波形看起来是一致的，但测量出的频率却大不相同，上面一个波形由于采样率太低造成了混叠，测量的结果就是错误的。所以我们强调要时刻警惕采样率。

 

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利用测量统计功能也是提高测量准确度的实用方法。 请看下面的例子

 

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图示中示波器在接近满刻度的条件下捕获了单个脉冲信号，并测量脉、上升时间和下降时间。

 

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这个图片上显示的测量结果和上次的不一样，哪一个是“正确”的?? 事实上，两个都是正确的。波形的形状是不稳定的,因此每次捕获到的波形的测量结果是不一样的。

 

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现在示波器显示出参数统计结果。“Num”表示捕获的次数。 (大约5,000) 利用测量统计,您可以发现电路性能最坏的情况和/或一些间歇性的信号的参数值。这是判断关键信号特征是否在规格范围之内的一种好方法。

 

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这是工业控制上的典型信号，虽然速度很慢,但这个例子适用于任何速度的信号。比较 “max” 和“min” 参数值和“mean”值，如果有一个罕见事件，将会显示出不正常的参数值。这个例子中，脉宽大约为195us,但是有一个罕见的脉宽只有165 ns 。

 

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这个图片中肉眼能看到明显不一样的确脉冲宽度，但是测量结果统计的最大值和最小值几乎一样。这是一种伪统计,它只是测量屏幕上最左边的脉宽参数。在使用这样的示波器进行统计时要警惕这个特点。

 

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利用平均和滤波功能也是提高测量准确度的使用技巧。

 

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上图是单次捕获到的信号。下图是利用信号平均功能观察到的信号，清晰揭示出噪声掩盖下的信号真实特征。 

需要注意的是在做这种测量时波形要稳定触发，而且存储深度和采样率要足够

 

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对于周期重复性的信号，稳定触发后利用多次平均方法减小信号的噪声。平均算法同样会减小由示波器的模拟前端和探头引入的噪声。您可以看到更多的细节，更精确地测量出信号特征。

 

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利用FIR滤波器 也能减小噪声，但不需要捕获多次的波形进行平均,单次捕获就可以了，因此可用于无法稳定触发的非周期重复性的波形的情况。力科示波器提供了高精度模式的选择，可以同时显示单次捕获的波形和经过高精度滤波器的波形。

 

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减小探头对测量准确度的影响,主要是注意下面几点:1，尽可能减小探头之间的环路。2、将探头置于合适的位置。比如要将探头的线缆尽可能的远离辐射源，线缆避免缠绕，以避免自身间形成环路而拾取更大的空间辐射噪声。 3、对于差分探头，尽量将探头的正、负线缆耦合到一起，使得探头正、负线缆受到平衡的空间辐射，以利于共模噪声的消除

 

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    前面提到，提高测量准确度的最有效的解决办法是增加ADC的位数。 但是这么多年来,实时示波器的ADC位数一直都只有8位。 8位ADC甚至被称为实时示波器的第一局限性。 

    力科公司深切体会到这个问题的存在限制了示波器在高精度测量方面的应用并超越极限，创新地推出了世界上第一台12位ADC的示波器WaveRunner HRO 6Zi系列。

 

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  力科公司日前推出的世界上第一台12位ADC的实时示波器WaveRunner HRO 6Zi系列。 这是在原理上提高了测量准确度的一个革命性的产品。 这个系列有400 MHz 和600 MHz带宽，2 GS/s 采样率，标配64Mpts/ch的存储深度，全带宽具有1 mV /div垂直增益，±400 V偏置调节能力，20 MHz, 100 MHz, 200 MHz,   350 MHz带宽限制和噪声滤波器。

 

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而且HRO系列还具有终结者示波器WaveRunner 6Zi  系列的所有分析能力。譬如能支持超长存储深度的频谱分析，支持16个栅格显示，具有真正的测量统计功能，测量触发功能，客户自定义分析功能，具有WaveScan和TriggerScan功能等。

 

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示波器本质上是一个显示电压随着时间变化过程的仪器，横坐标是时间,纵坐标是电压。 当需要在屏幕上同时显示多路电压信号，或者是示波器外扩数字通道测量36个数字信号的时候，用传统的屏幕显示方式时，垂直方向上是否显得太拥挤了?  有什么好的方法呢?

 

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示波器本质上是一个显示电压随着时间变化过程的仪器，横坐标是时间,纵坐标是电压。 当需要在屏幕上同时显示多路电压信号，或者是示波器外扩数字通道测量36个数字信号的时候，用传统的屏幕显示方式时，垂直方向上是否显得太拥挤了?  有什么好的方法呢?

 

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继续在旋转

 

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现在变成了垂直显示模式，这样能更清晰地观察垂直精度了！！

 

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除了以上这些基本指标和外观上的特点之外，12位ADC的实时示波器到底具有那些应用价值呢? 在此略举一二。

第一个应用价值是可以更准确地测量一些微弱的小信号。 譬如一开始提出的典型问题之一：被测电路是ADC输出的微弱小信号,输出电压大约是10mV,能够用示波器准确测量出来吗?   在此我们可以回答，YES。 12位ADC示波器的信噪比达到55 dB 。下面图示看出没有噪声的清晰的信号波形。全带宽范围内有1 mV 的灵敏度，比传统的8位示波器能更准确地测量小信号。

 

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第二个应用价值是利用12位ADC示波器可以更准确地测量大电压信号范围中的小电压信号。这正好也回答了前面的问题: 我希望准确测量出大电压信号范围中的小电压信号，有什么好的解决办法？

图中方波的幅值上的纹波在逐渐减小，比较12位和8位示波器放大后的波形细节能非常直观了解到12位ADC带来的高分辨率的优势

 

Sliede55:

12位示波器的第三个应用价值是可以用来更准确测量相位噪声。这正回答了开始的另外一个典型问题。

示波器可以通过先在时域测量出信号的相位抖动，然后通过对相位抖动参数变化趋势的追踪并进行FFT分析和相应的运算转换得到不同频率处的相位噪声。

那么示波器测量相位噪声的精度如何呢？我们知道在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值，即在某一特定频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频率下的所有面积之比。而相位噪声的功率幅度值与载波频率的功率幅度值相比要低得多，这就需要示波器具有比较高的测试动态范围才能分辨出幅度相对比较小的相位噪声。而示波器的ADC位数是决定示波器动态范围的最关键因素。如本页图中所示，12位ADC的示波器能够分辨出幅度更小的相位噪声，而8位ADC却有可能分辨不出这样的小幅度噪声。12为ADC的相位噪声曲线的底噪约为94dBC，而8位ADC的相位噪声曲线的底噪约为82dbc。如果要测量精度更高的相位噪声，则可选择基于PLL锁相环原理的专用相位噪声测试仪，其测试动态范围更高，能达到150dbc左右。

 

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通过使用示波器对一个单音/多音信号做FFT分析，可以衡量示波器的动态范围。如本页图所示，如果对一个多音信号做FFT分析，由于高次频率分量的信号能量幅度会越来越低，使用12位ADC的示波器可测量到8次频率分量的信号，而8位ADC的示波器由于动态范围较小而不能测量到8次频率分量的信号。

 

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刚谈到的这些应用价值可以在哪些行业得到应用呢?  下面我们结合电源，医疗仪器，传感器和RF等行业介绍12位示波器的应用实例。

 

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对于价格低廉的低端电源产品,利用8位示波器看到输出电压上有大量的噪声和纹波，但您可能并不需要用低噪声、高精度的仪器来调试这些问题。  

图示上面的波形是输出电压波形，中间是局部放大的波形，最下面是FFT结果。放大波形的刻度是20 mv/div ，FFT的刻度是5.00 dB/div

 

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现在测试的是一个高质量的“实验室”电源.  最上面的波形是电源输出，中间是局部放大的波形，最下面的是FFT的结果。

这个电源的噪声是什么数量级的水平呢?放大波形的刻度是10 mv/div ，FFT的刻度是5.00 dB/div。在10 mv/div时占了5格，而且没有限制带宽到20MHz。

 

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还是基于上图的“实验室”电源，但是用8位示波器测量时在20mv/div量程下的噪声接近满刻度。

您可能会认为这种电源噪声将近150mv（而不是50mv)，而且这时候的FFT结果似乎揭示了噪声的来源。

这种情况下您实际上是对该电源做了一次不准确的测量，而且您可能会花很多时间来找出这个噪声的根源并试图调试解决。但这个测量出来的决定性的噪声实际上是来自于示波器的模拟前端的。

 

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如果换用另外一个品牌的8位示波器来做相同的测量。 我们发现这个结果和任何其它8位示波器一样，噪声在20mv/div的时候接近满栅格。

通过FFT似乎“揭示” 了150mv噪声的根源 ，但该噪声源的频率和另外品牌的并不一样。您可能会花费很多时间来做徒劳的调试工作以尽力找出产生噪声的根源，甚至可能会争论哪个示波器的测量是“正确”的。实际上FFT的结果显示的噪声是来源于示波器本身的噪声。

对于这样的应用,12位示波器就变得很有必要。

 

Slide62:

电源行业通常需要同时测量电压和电流，而且测量的MOSFET开关管的电压信号的变化范围几百伏甚至上千伏。  在大电压范围内小信号的测量正是12位示波器的应用价值所在。

 

Slide63:

一些重要的信号特征如过冲和下冲,振荡等只能用12位示波器才能准确地捕获。小电压的电源纹波也只能用12位示波器才能准确地测量。 更高精度的示波器计算电源功率损耗也更准确。 因此，电压测量行业是12位示波器的重要应用领域。

 

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在医疗电子领域，心电、脑电、血氧饱和度等生理参数的监测，需要测量各种生理传感器输出的微小信号。如果用普通示波器来观察这些信号，很可能信号淹没在示波器的基底噪声中，即使能在示波器上观察到信号，信噪比也比较低。因为8位ADC的动态范围不够，无法高保真地捕获这些信号。

 

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当前演示稿是8bit和12bit示波器观察同一个心电信号，以及分别打开增强分辨率的效果对比。

首先左下角图片所示的12bit示波器观察信号的信噪比明显比左上角所示8比特示波器要高。如果打开示波器的增强分辨率功能，如右边两图所示，12bit比8bit示波器也能得到比较好的结果。

 

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除了医疗电子，在很多工业应用领域，检测传感器输出的微小信号十分常见。比如检测-50～100摄氏度范围的温度，要求分辨率为0.1摄氏度。如果用8比特示波器来调试，只能检测出256级传感器的电压，分辨率不超过0.6度。而12BIT的示波器可以满足要求。

 

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在无线通信领域，用示波器测量信号频谱、评估调制质量等应用，与传统的频域仪器相比，有速度快、能够捕获瞬变信号的优势。但是因为一般示波器的ADC位数有限，动态范围较差，无法准确测量信号中的微小分量。比如测量16QAM数字调制的EVM(矢量幅度误差)，这个参数可能小到0.1%，也就是分辨率为1/1000。用8BIT示波器来做EVM测量，分辨率最高只有1/256.那么比较小的EVM可能被测量出来比较大，准确度很差。而12比特的示波器可以大大增加测量准确度，分辨率可达1/4096.

 

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又比如测量信号频谱，示波器利用FFT将时域信号转换到频域。频域的基底噪声决定了能够观察到的最小能量的频率分量。一般用无杂散动态范围来衡量。12bit示波器的SFDR可以大于55dB，能够满足大多数中频的频谱测量。

 

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以上是我今天和大家分享的关于测量准确度及提高测量准确度方法的一些心得体会。 欢迎大家提问。