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示波器垂直位数分辨率介绍和应用

1以来，英国比克科技一直在PC示波器的发展上起着成员作用。这些紧凑的示波器，与传统全尺寸的数字存储示波器一样（DSO），示波器价格，已经在市面上得到大量使用。所有这些数字存储示波器背后的驱动力一直是数字电子。随着数字电路时钟速度的增加，示波器制造商通过设计更快采样率和更高带宽的示波器来应对数字电路的挑战。不幸的是，这些不能满足模拟电路设计师的要求：追求更高速度一直是以牺牲动态性能和分辨率为代价的。海洋仪器为了给模拟设计师所需要的示波器，专门推出4262高分辨率的Picoscope示波器和灵活可调分辨率的5000系列Picoscope示波器。

　　一、什么是数字示波器（DSO）的精度?

　　示波器的精度取决于它的分辨率。以下是一些可用分辨率的特点：

　　示波器分辨率 步进量 能检测的小变量 理想的动态范围 6位 64 1.6% (16000ppm) 36dB 8位 256 0.39% (4000ppm) 48dB 12位 4096 0.024% (244ppm) 72dB 16位 65536 0.0015% 96dB

　　对大多数示波器而言，精度的重要性往往被忽视，工程师可以在百分之几的误差内进行测量（大多数数字示波器DSO一般为3%～5%直流精度），如需要准确测量，需要使用万用表。然而，使用精密示波器进行高速准确测量变为可能。大多数手持万用表具有12位分辨率（相当于3位，例如BM805），而16位示波器等效分辨率为4位台式万用表（例如ODM5514）。

　　除了分辨率和准确性外，噪音也是一个问题。传统示波器前端放大器的设计为高带宽，但是没有考虑低噪声的问题。16位示波器的设计者面对更艰巨的工作，因为仅0.0015%的噪声就足以掩盖其测量信号。

　　比克科技拥有**过20年的经验，不像一些竞争者的设计，仅仅提供可替代的8位ADC示波器，而Picoscopes设计彻底实现低噪声和低失真。海洋仪器提供的12位或16位示波器（例如4262智能动态信号分析仪或高分辨率示波器）具有强的分辨率，显著改善了直流精度、动态范围和信号噪声比。

五、屏幕刷新率也称为波形更新速度

      所有的示波器都会闪烁，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量，这就是波形捕获速率，也称屏幕刷新率，表示为波形数每秒（ wfms/s ）。一定要区分波形捕获速率与A/D采样速率的区别。采样速率表示示波器在一个波形或周期内A/D采样输入信号的频率 ; 波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能较大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。

       一般来讲，模拟示波器由于电路简单，其屏幕刷新率较高，而数字存储示波器（ DSO ）使用串行处理结构每秒钟可以捕获 10 到 5000 个波形。为了改变数字示波器屏幕刷新率低的问题，数字荧光示波器采用并行处理结构，可以提供更高的波形捕获速率，有的高达每秒数百万个波形，大大提高了捕获间歇和难以捕获事件的可能性，并能让您更快地发现信号存在的问题。

   六、选用适当的存储深度，也称记录长度

   存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕获一个脉冲串，则要求示波器有足够的存储器以便捕获整个事件。将所要捕获的时间长度除以重现信号所须的采样速率，可以计算出所要求的存储深度。

   存储深度与采样速率密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。

   现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要 500 点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。

   在正确位置上捕获信号的有效触发，通常可以减小示波器实际需要的存储量。

   七、根据需要选择不同的触发功能

   示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描，使信号特性清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。

   大多数用示波器的用户只采用边沿触发方式，如果拥有其它触发能力在某些应用上是非常有用的，特别是对新设计产品的故障查寻，先进的触发方式可将所关心的事件分离出来，找出您关心的非正常问题，从而有效地利用采样速率和存储深度。

   现今有很多示波器，具有先进的触发能力。触发能力主要围绕三个方面：①有关垂直方向的幅度，例瞬态尖峰触发、过脉冲或短脉冲触发等；②有关水平方向的与时间有关的触发，例脉冲宽度、窄脉冲、建立/保持时间等设定时间宽度的触发形式；③扩展和常规触发功能的组合能力，大兴安岭地区示波器，例对视频信号或其它难以捕获的信号，通过时间和幅度组合设置触发条件进行触发。触发能力的提高，可以大提高测试过程的灵活性，并简化工作，尤其现今的示波器对数据总线的触发能力大大提高，例CAN，二手示波器，I2C等。

   八、通道能力，包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道之间的隔离能力

      您需要的通道数取决于您的应用，对于通常的经济型故障查寻应用，需要的是双通道示波器，然而要求观察若干个模拟信号的相互关系，将需要一台 4 通道示波器，许多工作于模拟与数字两种信号的系统工程师可以选择混合信号示波器（MSO），它将逻辑分析仪的通道计数及触发能力与示波器的较高分辨率综合到具有时间相关显示的单一仪器中。如果您测量三相电，可控硅等有源器件或线路，两端之间没有绝DUI的零点，即所谓的浮地信号，这时候从操作安全和精度出发，手持示波器，应选用隔离通道示波器；如果比较多通道的时序和相移，应选用两通道以上示波器，这时通道之间的隔离更显重要。

   九、对异常现象的捕获

   三个主要因素影响着示波器显示日常测试与调试中所遇到的未知和复杂信号的能力：屏幕刷新速率、波形捕获方式和触发能力。波形捕获模式有：采样模式、峰值检测模式、高分辨率模式、包络模式、平均值模式等。屏幕刷新速率指给您关于示波器对信号和控制的变化反应快慢，使用峰值检测有助于在较慢的信

号中捕获快速信号的峰值。

   十、示波器的性能和指标

   示波器的指标有很多：如垂直灵敏度、扫描速度、垂直精度、时间基准、垂直分辨率等等。示波器的性能取决品牌的质量，关键在于质量、稳定性和校准服务等。