让示波器测量质量提升1000倍的方法

　　您是否希望示波器测量尽可(kě)能(néng)最好？不要满足于普通的测量；只需正确选择信号的显示刻度，即可(kě)显著提升测量质量。為(wèi)什么？因為(wèi)示波器的采样率和分(fēn)辨率在测量中同样重要。

　　采样率受示波器水平刻度的影响。

　　其公式為(wèi)：采样率=存储深度/采集时间長(cháng)度

　　存储深度是一个恒定值，采集时间長(cháng)度（或迹線(xiàn)長(cháng)度）是一个变量，取决于您的每格时间设置。随着时间/格设定值增加，采集时间長(cháng)度增加。由于这一切都必须适应示波器的存储深度，在某一点上，示波器的ADC将不得不降低采样率。这实际上意味着什么？我们以100kHz方波的频率测量為(wèi)例。我们知道频率為(wèi)100kHz且非常稳定，因此我们可(kě)以利用(yòng)测量结果的标准方差来判断测量的质量。图1将100kHz方波的水平显示刻度设置為(wèi)满刻度20毫秒(miǎo)。并且，示波器的采样率已自动从5GSa/秒(miǎo)下降到100MSa/秒(miǎo)，以使整个迹線(xiàn)能(néng)够保存到示波器的存储器中。在大约1500次测量后，测量的标准方差為(wèi)1.49kHz（约1.5%）。

　　图1

　　但是，如果我们选择更小(xiǎo)的时间/格设置值，有(yǒu)效缩短采集时间長(cháng)度并提高采样率，看看会发生什么。图2所示為(wèi)同一信号，但水平刻度设為(wèi)1.2微秒(miǎo)/格。标准方差现為(wèi)1.5Hz，是我们之前测量结果的千分(fēn)之一。

　　图2

　　所改变的只是信号的水平刻度以及示波器的采样率。因此，选择适当的示波器水平刻度，对于时间相关测量的质量有(yǒu)很(hěn)大的影响。

　　与水平刻度对时间相关测量有(yǒu)影响一样，垂直刻度也会对垂直相关测量（電(diàn)压峰峰值、RMS等）产生影响。我们再次以同样的100kHz方波為(wèi)例，来看看峰峰值電(diàn)压。图3中的信号定标為(wèi)770毫伏/格。测量结果峰峰值的标准方差為(wèi)18毫伏。将示波器的伏/格设置降至66毫伏/格，则测量结果的标准方差变成1.22毫伏。这几乎改善了15倍！

　　图3

　　图4

　　垂直刻度设置為(wèi)什么会起到作用(yòng)？通过设置信号刻度，使之尽可(kě)能(néng)填满屏幕，我们就能(néng)完全利用(yòng)示波器的分(fēn)辨率优势。分(fēn)辨率是ADC能(néng)够达到多(duō)高精度的标志(zhì)。分(fēn)辨率越高，ADC能(néng)检测的垂直電(diàn)平数量越多(duō)。例如，下图所示為(wèi)一个2位ADC。红色正弦波是ADC的模拟输入，蓝色波形是数字化输入。您可(kě)以看到，出现了四个不同的量化電(diàn)平。

　　图5

　　此图所示為(wèi)3位ADC对同一模拟波形进行数字化处理(lǐ)的结果。量化電(diàn)平数越多(duō)，ADC的数字输出就越接近模拟输入。

　　图6

　　如果垂直定标的信号只填充了示波器屏幕的一部分(fēn)，那么您实际上没有(yǒu)充分(fēn)利用(yòng)ADC的分(fēn)辨率。例如，如果您将信号定标至占据3位ADC屏幕的一半，那么在信号上方和下方您会分(fēn)别留下两个未使用(yòng)的量化電(diàn)平。这意味着，您的3位ADC只能(néng)使用(yòng)四个量化電(diàn)平，相当于一个2位ADC的精度。

　　了解如何正确地设置示波器信号显示刻度，能(néng)极大地改善您的测量质量。适当的水平定标会显著改善时间相关测量的质量，而适当的垂直定标则会对垂直相关测量产生积极影响。下一次使用(yòng)示波器时，请记住：正确设置信号刻度，可(kě)以获得**的测量结果！