測(cè)量示波器底噪并理解示波器的三大關(guān)鍵指標(biāo)

信號(hào)完整性是示波器測(cè)量信號(hào)質(zhì)量的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。 尤其當(dāng)我們需要觀測(cè)小信號(hào)或者大信號(hào)的微小變化時(shí)，其信號(hào)完整性顯得更加至關(guān)重要。

在我們進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)，信號(hào)完整性與否會(huì)極大影響我們的判斷。示波器測(cè)量中可能會(huì)存在噪聲-信號(hào)失真甚至信號(hào)丟失等影響信號(hào)完整性的因素。 優(yōu)秀的示波器配合適當(dāng)?shù)脑O(shè)置可以更好地保持信號(hào)的完整性。信號(hào)完整性差的示波器很可能會(huì)增加我們開發(fā)周期時(shí)間、影響生產(chǎn)質(zhì)量和導(dǎo)致誤選元器組件的風(fēng)險(xiǎn)。 為了最大限度地降低這種風(fēng)險(xiǎn)，我們應(yīng)該選擇可以保持高信號(hào)完整性的示波器。

今天我們來看一下影響信號(hào)完整性的其中一個(gè)因素，示波器的底噪。示波器的底噪即示波器的本底噪聲，一般指示波器在測(cè)量中與信號(hào)存在與否無關(guān)的一切干擾，主要是由示波器的衰減器，前端放大器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。示波器測(cè)量信號(hào)時(shí)，信號(hào)首先通過衰減器和前端放大器再由ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，該噪聲會(huì)疊加在被測(cè)信號(hào)上成為信號(hào)的一部分，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器也無法進(jìn)行區(qū)分，理論上是沒有辦法消除的。

示波器的底噪測(cè)量只需簡(jiǎn)單的幾步就可以做到，每個(gè)有示波器的人都可以快速地在幾分鐘內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

1.去除連接示波器的所有探頭

2.確保示波器正常允許，其耦合方式設(shè)置為直流，采樣方式為正常，帶寬限制為全帶寬

3.將示波器的通道衰減比設(shè)置為1X

4.示波器的垂直擋位設(shè)為最小，如下圖是1mV/div

5.移動(dòng)觸發(fā)電平至零平線，使底噪穩(wěn)定顯示。

6.調(diào)節(jié)示波器的時(shí)基和存儲(chǔ)深度，使得示波器處于最大采樣率狀態(tài)

7.打開示波器的測(cè)量項(xiàng)峰峰值即為示波器底噪，可以看到在1mV左右

我們也可以打開示波器的無限余暉和色溫顯示，以此來觀察底噪的程度。波形的顏色越厚重，示波器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲就越多。我們也可以打開其他的通道單獨(dú)觀察，一般每個(gè)通道的底噪都是獨(dú)有的，會(huì)有細(xì)微的差異，這都是正常的。調(diào)節(jié)示波器的垂直擋位會(huì)發(fā)現(xiàn)示波器的底噪也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于此有疑問的可以看下示波器的垂直分辨率相關(guān)的文章，就能了解導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因，因此測(cè)量示波器底噪務(wù)必要記得將垂直擋位調(diào)到靈敏度最高的擋位。

接下來我們通過設(shè)置來看看帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度這示波器的三大指標(biāo)對(duì)底噪的影響。

我們打開示波器的帶寬限制，將其設(shè)置為20M，可以看到此時(shí)的底噪在500μV左右。難道帶寬越低的示波器底噪反而越小嗎？由于噪聲信號(hào)基本都是高頻信號(hào)，當(dāng)示波器帶寬太低的時(shí)候，就無法捕捉到那些高頻信號(hào)，因此就會(huì)顯得底噪小。同樣的，示波器的帶寬越高，采集到的信號(hào)諧波分量越豐富，往往噪聲也會(huì)越大。為了避免這種高帶寬引入的干擾，有的示波器在高靈敏度垂直擋位下會(huì)自動(dòng)進(jìn)行帶寬限制，以此使得測(cè)量出來的波形更加清晰。

我們知道示波器的采樣率 = 存儲(chǔ)深度 ÷ 波形記錄時(shí)長(zhǎng)，示波器采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，對(duì)波形的重構(gòu)自然就越完整，因此低采樣率肯定也會(huì)使得底噪的顯示變低，當(dāng)然低采樣率也可能導(dǎo)致我們想要采集的信號(hào)失真，具體多少采樣率足夠，可以參考我們之前的文章：示波器測(cè)各種類型信號(hào)需要多大采樣率實(shí)測(cè)

我們將示波器的存儲(chǔ)深度調(diào)節(jié)為28K，此時(shí)的采樣率為20MSa/s，可以看到底噪的峰峰值為683.8μV。

總結(jié)來說，示波器的帶寬越高，采樣率越高，往往底噪也會(huì)顯示的越高，但這并不是說低帶寬的示波器引入的噪聲就小，而是有很大一部分信號(hào)沒有被捕捉到而已。因此，我們?cè)趯?duì)示波器進(jìn)行底噪比較的時(shí)候，要保證2個(gè)示波器的各項(xiàng)設(shè)置和參數(shù)一致，才具有比較的意義。