淺析示波器波形粗細(xì)屬性以及噪聲對(duì)波形粗細(xì)的影響

示波器波形展示了真實(shí)的電子信號(hào)。在評(píng)估示波器性能時(shí)，可以考察它顯示與目標(biāo)信號(hào)形狀相同的波形的能力。假設(shè)示波器具備足夠的基本技術(shù)指標(biāo)——例如帶寬、采樣率和等頻率響應(yīng)，示波器應(yīng)當(dāng)顯示粗波形還是細(xì)波形更好一些？這個(gè)問題的答案與大部分工程學(xué)問題一樣：“視具體情況而定”。

現(xiàn)在我們研究一下示波器和信號(hào)的屬性，這些屬性有助于用戶確定是粗波形還是細(xì)波形。兩個(gè)關(guān)鍵屬性可使用戶了解他們的示波器顯示目標(biāo)信號(hào)的能力，分別是更新速率和噪聲。

更新速率對(duì)波形粗細(xì)的影響

更新速率表示示波器在 1 秒鐘內(nèi)采集、處理與顯示的波形數(shù)目。更新速率越高，示波器就能更迅速地顯示被測信號(hào)。更新速率越低，示波器就會(huì)花費(fèi)更長時(shí)間顯示與特定波形相關(guān)的細(xì)節(jié)。目前，示波器的更新速率范圍是在每秒鐘 100 萬個(gè)波形到幾秒鐘 1 個(gè)波形。只需更改示波器的設(shè)置，同一款示波器就能顯示不一樣的速率范圍。更新速率會(huì)受到多個(gè)示波器設(shè)置的影響，包括更改采集存儲(chǔ)器的深度，這會(huì)對(duì)存儲(chǔ)器深度帶來極大影響。

讓我們看一個(gè)簡單示例。圖 1 的上半部分顯示了兩款知名廠商生產(chǎn)的帶寬相等的示波器，示波器持續(xù)運(yùn)行并與完全相同的 10 MHz 正弦波連接。其中一款示波器顯示了較粗的波形，另一款顯示了較細(xì)的波形。這會(huì)導(dǎo)致測量值的不同。哪一種更加精確？兩款示波器的最大區(qū)別之一就是更新速率。使用相同的設(shè)置，其中一款示波器的更新速率為每秒鐘 100 萬個(gè)波形，比另一款示波器的更新速率快 16，000 倍。

這一點(diǎn)對(duì)波形有何影響？圖 1 的下半部分顯示了當(dāng)開啟無限余輝時(shí)，連接同一個(gè)信號(hào)的兩款示波器會(huì)如何顯示。兩款示波器都會(huì)構(gòu)建更長持續(xù)時(shí)間的圖像。10 秒鐘后，示波器顯示了相同的波形形狀與波形粗細(xì)。在這種情況下，數(shù)據(jù)速率更高的初始示波器能夠顯示更粗的波形，更清晰地表現(xiàn)每個(gè)示波器的顯示內(nèi)容。通過開啟無限余輝，我們能夠快速進(jìn)行評(píng)估。

圖 1. 兩款具有同等帶寬和近似噪聲的示波器連接到同一個(gè)信號(hào)。兩款示波器的噪聲類似。上面截圖顯示了 Tek DPO5104A，它具有極窄的波形，提供更多細(xì)節(jié)。Agilent DSOX4104A 顯示的波形較寬。為什么有這種區(qū)別？原因在于更新速率。

開啟無限余輝并等待 10 秒。兩款示波器顯示同樣粗細(xì)的波形。安捷倫示波器的更新速率為 100 萬個(gè)波形/秒，而 Tek 示波器在常規(guī)模式下的更新速率僅為 60 個(gè)波形/秒。波形粗細(xì)與示波器向初始信號(hào)中添加的噪聲數(shù)量有關(guān)。

圖中文字中英對(duì)照

Both scopes are connected to the same signal， with the same settings

Now with infinite persistence turned on. 兩款示波器連接到同一個(gè)信號(hào)，采用相同的設(shè)置

現(xiàn)在開啟無限余輝。