示波器的噪聲來(lái)源 如何用示波器減小波形噪聲

在學(xué)習(xí)如何使用示波器來(lái)減小噪聲之前，我們先來(lái)了解下示波器的噪聲是怎么來(lái)的。

許多剛從模擬示波器轉(zhuǎn)到使用數(shù)字示波器的人可能會(huì)抱怨，說(shuō)他新買(mǎi)的示波器測(cè)出來(lái)的波形還不如自己那臺(tái)老式的模擬示波器清晰，甚至懷疑自己買(mǎi)到的示波器是不是壞的。那么，真的是示波器壞了嗎？

要知道，示波器的作用是還原真實(shí)的信號(hào)，性能越高的示波器，越能觀察到信號(hào)的更多細(xì)節(jié)，而這些細(xì)節(jié)往往是發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題的關(guān)鍵。在實(shí)際使用過(guò)程中，周?chē)h(huán)境中的干擾是實(shí)實(shí)在在存在的，噪聲不可能被完全地消除。事實(shí)上，示波器的帶寬越高，采集到的噪聲信號(hào)就會(huì)越多。低性能示波器的靈敏度很低，在選擇無(wú)視這部分干擾的同時(shí)，也漏過(guò)了很多信號(hào)本身的有用信息，從而無(wú)法進(jìn)行有效正確的分析。

許多因素都會(huì)影響示波器上波形的顯示，我們所看到的信號(hào)肯定不是100%完整的真實(shí)信號(hào)，它和我們所用的探頭類(lèi)型，測(cè)量方式，是否接地，以及各種示波器設(shè)置都有關(guān)聯(lián)，比如垂直檔位設(shè)置，存儲(chǔ)深度、實(shí)時(shí)采樣率的大小，采樣的方式，示波器的帶寬，顯示的模式（如余暉顯示）等等。

當(dāng)示波器采集信號(hào)的能力越接近真實(shí)，屏幕上就越可能會(huì)出現(xiàn)噪聲干擾，那么我們是不是對(duì)這些噪聲就束手無(wú)策了呢？當(dāng)然不是，新一代的高性能示波器，對(duì)于信號(hào)提供了更多樣的處理方式，下面我們就來(lái)一一了解：

條件垂直檔位，盡量使波形占滿(mǎn)屏幕

很多使用示波器的人可能都有一個(gè)“壞習(xí)慣”，就是測(cè)量多個(gè)信號(hào)的時(shí)候，為了避免各個(gè)信號(hào)重疊顯示影響觀察，就會(huì)調(diào)節(jié)垂直檔位，把各個(gè)信號(hào)縮小顯示。實(shí)際上，受垂直分辨率等因素影響，波形是越占滿(mǎn)整個(gè)屏幕，就越精準(zhǔn)的，同時(shí)也可以減小噪聲信號(hào)，而且示波器廠家標(biāo)注的直流增益精度（一般是1-2%）也都是指波形在滿(mǎn)屏的情況下的精度。

可以看到，即使在其他條件相同的情況下，不同的垂直檔位測(cè)量出來(lái)的數(shù)值亦是不同的，波形越占滿(mǎn)屏幕，測(cè)量的值就越精準(zhǔn)。

選用合適的探頭

1X無(wú)源探頭的輸入無(wú)衰減，輸入阻抗基本不計(jì)，加上示波器內(nèi)部本身的1MΩ，總輸入阻抗也就為1 MΩ；10X高阻無(wú)源探頭的輸入阻抗一般為9MΩ，示波器內(nèi)部的輸入阻抗為1MΩ，總輸入阻抗為10MΩ。對(duì)于10X探頭，信號(hào)從測(cè)試點(diǎn)到示波器器采樣點(diǎn)處有一個(gè)10倍衰減，示波器采樣到的電壓幅度是實(shí)際被測(cè)電壓幅度的1/10。不同衰減倍數(shù)的探頭測(cè)量的范圍也不同。

采樣率、存儲(chǔ)深度（記錄長(zhǎng)度）對(duì)信號(hào)的影響

當(dāng)波形的記錄時(shí)長(zhǎng)固定時(shí)，采樣率和存儲(chǔ)深度是一次函數(shù)關(guān)系：采樣率 = 存儲(chǔ)深度 ÷ 波形記錄時(shí)長(zhǎng)

采樣率決定了示波器采集信號(hào)多少的能力，而存儲(chǔ)深度決定了示波器一屏幕最多可以存儲(chǔ)多少信號(hào)數(shù)據(jù)。可以想象，存儲(chǔ)深度如果太低，大多數(shù)的信號(hào)信息都沒(méi)法被顯示出來(lái)，自然波形只會(huì)嚴(yán)重失真，更談不上精準(zhǔn)了。

比如我們測(cè)試一個(gè)方波信號(hào)，在其它條件相同只改變存儲(chǔ)深度的情況下，可以看到28K存儲(chǔ)深度時(shí)，實(shí)時(shí)采樣率是2KSa/s，原本的方波已經(jīng)變成了鋸齒波，波形都變形，已經(jīng)談不上精準(zhǔn)了。而且根據(jù)奈奎斯特采樣定理，實(shí)時(shí)采樣率和被測(cè)信號(hào)頻率也有關(guān)。當(dāng)存儲(chǔ)深度設(shè)置為28M的時(shí)候，實(shí)時(shí)采樣率為2MSa/s，方波依然是方波。

使用高低通帶寬限制

之前說(shuō)過(guò)，同樣的信號(hào)在模擬示波器里看起來(lái)可能更“干凈”，一方面也是因?yàn)槟M示波器的帶寬低，從而無(wú)法捕捉到很多高頻的噪聲導(dǎo)致，但這并不意味著真實(shí)中這些噪聲信號(hào)不存在。同樣的，數(shù)字示波器通過(guò)高低通帶寬限制功能，也能達(dá)到減小噪聲的效果。

這里最常用的應(yīng)該就是“20M”了，即低通20M，僅允許 20MHz 以下頻率的信號(hào)通過(guò)，20MHz 以上的信號(hào)被有效衰減。對(duì)付高頻信號(hào)噪音十分有效。

使用平均采樣模式

使用平均采樣模式可平均多個(gè)采集結(jié)果，以減少所顯示信號(hào)中的隨機(jī)或無(wú)關(guān)噪聲。平均多個(gè) 采樣結(jié)果需要穩(wěn)定的觸發(fā)。 平均的數(shù)目可在平均采樣模式后的選擇框內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，可設(shè)為 2、4、8、16、32、64、128、 256 共八個(gè)量級(jí)。 平均數(shù)目越高，顯示的波形對(duì)波形變化的響應(yīng)就越慢。必須在波形對(duì)變化的響應(yīng)速度與信號(hào)上所顯示噪聲的降低程度之間進(jìn)行折衷。