原创 直流电压测量能用示波器吗？―谈示波器直流测量精度

直流电压测量是我们日常测试中最常用的测量，用惯了示波器的人经常会用示波器直接去测量直流电压，示波器也确实有直流电压测量的功能，但是这个测量精度能到多少呢？

我们目前大部分人使用的都是数字示波器，数字示波器内部通过ADC对输入模拟信号进行采样。为了保证示波器的高频信号测量能力，示波器里通常使用Flash型的ADC，这种ADC是把输入电压同时和多个比较器（8bit是256个比较器）进行比较，再通过译码电路直接输出结果。这种ADC的优点是速度比较快，但要想位数做高就需要更多高速、高分辨率的比较器（比如10bit就需要1024个），实现的成本、功耗代价都很大，因此目前市面上数字示波器的ADC的位数都是8bit的。下图是示波器里使用的Flash型ADC的工作原理。

8bit对于人眼观察波形足够了，但是对于精确测量来说可能不太够，因为其理论上固有量化误差就有满量程的1/256，在加上增益误差和偏置误差等因素，实际示波器的直流测量精度通常在满量程的2％～3％左右。如果只是大概看一下信号电压，这个精度没有问题，但对于一些需要精确测量的场合可能就不够了。因此，如果希望进行更精确的直流电压测量，就需要其它的测试仪器，这个就是我们最常用的万用表。

万用表可以测电压、电流、电阻等参数。在有些场合大家还能看到指针式的模拟万用表，但模拟表测量的结果不确定性很大，比如读数时眼睛偏左一点或偏右一点可能看到的指针的位置都不一样，因此目前大家常用的也都是数字万用表了。数字万用表有手持的和台式的，手持的表通常有3位半的分辨率，Fluke的很多手持表是代表产品；台式表通常有5位半以上的分辨率，代表产品是Agilent的34401A。

34401A是一款很经典的6位半的台式万用表，其稳定性和精度是经过了10多年市场检验的。

万用表里的ADC通常是积分型的ADC。以最简单的双斜积分ADC 为例，被测电压Vi在t1时间内对积分电路充电，再用已知的Vref电压对积分电路放电，通过测量放电时间t2就可以推算出Vi的值。积分型ADC通过增加积分时间可以提高测量分辨率并减小噪声、电源杂波等的影响，因此很多台式万用表都有20bit以上的分辨率。

那么，万用表的直流测量精度到底能做到多少呢？以34401A为例，其年电压测量精度<50ppm！不过这还不是最高的，Agilent的8位半的万用表3458A的精度和稳定性更好，通常用于计量领域。

通过前面的比较我们可以看到，如果要做直流电压测量，万用表的精度是远远好于示波器的，比如在计量示波器的直流精度时就时用万用的测量结果做基准，因此直流电压精确测量的正确工具是万用表。

当然，示波器并不是就一无是处了。我们知道一般数字示波器的价格通常是数字万用表的几十倍到几百倍，贵就贵在了高频信号的示波功能上。示波器可以看到信号电压的变化，这点是万用表无法匹敌的，而高频信号的波形参数测量则更是示波器可以大显身手的领域。