評估示波器的垂直噪聲特性
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雖然這一特定電源測量除了隨機成分外，還可能包括確定性/系統(tǒng)性的干擾/噪聲成分，但如果確定性成分與示波器的自動觸發(fā)沒有相關(guān)性，就能利用這項技術(shù)扣除測量系統(tǒng)的誤差成分，得到對電源總有效值噪聲的非常接近的近似值。
干擾的各確定性/系統(tǒng)性成分，例如開關(guān)電源或數(shù)字系統(tǒng)時鐘干擾，也能在存在高隨機測量系統(tǒng)噪聲的條件下進行精確的測量。您能用示波器單獨通道上的可疑干擾源觸發(fā)，重復采集輸入信號，通過平均去掉由示波器/探頭和輸入信號貢獻的所有隨機和非相關(guān)噪聲和干擾成分。其結(jié)果將是對電源特定干擾成分的高分辨率測量，甚至您可把示波器置于非常靈敏的V/div設(shè)置，例如圖3所示的2mV/div。此外，對電源的平均直流成分進行精確測量要求示波器有足夠的直流偏置范圍（只有Agilent示波器能達到）。對同樣嘈雜電源信號使用這項平均測量技術(shù)，我們測量到系統(tǒng)10MHz時鐘（下方的綠色波形）引入近似為4.9mVp-p的干擾。為找到所有確定性（非隨機性）的干擾和紋波，您需要把各種可疑干擾源作為示波器的觸發(fā)源，進行多次平均測量。
觀察“胖”波形
一些示波器的使用者相信數(shù)字存儲示波器（DSO）的隨機垂直噪聲電平高于較老的模擬示波器。之所以得出這一結(jié)論，是因為DSO上的跡線一般要比模擬示波器寬。但DSO的實際噪聲電平并不比模擬示波器高。對于模擬示波器技術(shù)而言，由于信號極端值很少出現(xiàn)，因此所顯示的隨機垂直噪聲的極端值或是非常黯淡，或是根本看不到。雖然工程師一般認為示波器是一種顯示電壓—時間的二維儀器，但由于模擬示波器采用掃描電子束技術(shù)，所以還存在著第三個維度。第三維用跡線亮度調(diào)制顯示信號的出現(xiàn)頻度，從而意味著模擬示波器實際上隱匿了，或在視覺上抑制了隨機垂直噪聲的極端值。
傳統(tǒng)數(shù)字示波器缺乏顯示第三個維度（亮度調(diào)制）的能力。但今天的某些新型數(shù)字示波器已有了更接近老式模擬示波器顯示質(zhì)量的亮度分級能力。采用MegaZoomIII技術(shù)的Agilent最新6000系列示波器具有示波器行業(yè)中最高的亮度分級，它把256級亮度映射到XGA顯示。圖4示出在10mV/div設(shè)置下，用100%亮度捕獲的低電平10MHz信號。這幅屏幕代表沒有亮度分級能力的老式數(shù)字示波器顯示。由于沒有亮度分級，示波器顯示展示的是極端峰峰噪聲的“胖”波形。但在10mV/div設(shè)置下所測相對低輸入信號（約為50mVp-p）的“厚度”主要源于固有的示波器噪聲—而非輸入信號噪聲。圖5示出的是相同10MHz信號，但現(xiàn)在把亮度調(diào)到20%，以更好地模仿天然抑制極端噪聲的模擬示波器顯示。我們現(xiàn)在能在相對靈敏V/div設(shè)置下，觀察到?jīng)]有示波器固有噪聲影響的更“清晰”波形。此外，我們現(xiàn)在還能看到各種波形細節(jié)，例如在正弦波正峰頂上的“擺動”，這在以前恒定亮度（100%）的觀察中因為相對高的示波器噪聲電平而被掩蓋掉了。
有關(guān)示波器顯示質(zhì)量所帶來好處的更詳細討論，請下載Agilent應(yīng)用指南1552“示波器顯示質(zhì)量對發(fā)現(xiàn)信號異常能力的影響”。
如果您采集的是重復輸入信號，就能像圖3所示的例子那樣，代之以通過波形平均消除測量系統(tǒng)的隨機信號噪聲。對于實時/單次應(yīng)用（不能使用重復平均），有些示波器提供高分辨率的采集模式。采用這項技術(shù)，您就能通過DSP/數(shù)字濾波過濾掉單次采集中的高頻噪聲和干擾成分，把垂直分辨率增加到12bit，此時付出的代價是測量系統(tǒng)的帶寬。
總結(jié)
當您評估欲購買的各種示波器時，一定要仔細考慮示波器的固有噪聲特性。并非所有示波器的這項指標均相一致。示波器的垂直隨機噪聲不僅會使測量精度下降，它還可能影響觀察數(shù)字信號的質(zhì)量。在您評估示波器噪聲特性時，必須要在同樣的測量判據(jù)下仔細地設(shè)置被測示波器，這些判據(jù)包括相同帶寬的示波器、相同的V/div設(shè)置（具有全帶寬）、相同的采樣率、相同的存儲器深度和相同的采集數(shù)。
如本文所述，與業(yè)內(nèi)其它500MHz-1GHz示波器相比，AgilentDSO/MSO6000系列和54830系列Infiniium示波器在總體上有最低的噪聲特性。此外，采用MegaZoomIII技術(shù)的Agilent6000系列示波器以256級亮度提供最高分辨率的顯示質(zhì)量，可用于觀察受抑制的示波器固有噪聲的隨機極端值。
您能采用各種不同測量技術(shù)，如數(shù)學計算、波形平均、DSP濾波和顯示亮度分級最小化，甚至消除測量系統(tǒng)噪聲成分，從而更精確地測量系統(tǒng)中的低電平隨機性和確定性噪聲成分。
雖然本文僅著重探討的是500MHz和1GHz帶寬示波器噪聲測量比較，但其原則也適用于任何帶寬的示波器—無論是更高還是更低的帶寬。事實上，Agilent的更高帶寬12GHzDSO81204A示波器具有這一帶寬范圍示波器中最低的固有內(nèi)部測量系統(tǒng)噪聲，其噪聲電平甚至不高于當前市場上的1GHz示波器。由于采用低功率集成電路（IC）技術(shù)實現(xiàn)了更高集成度，Agilent還能達到更低的測量噪聲性能水平。
還應(yīng)注意在對隨機垂直示波器噪聲的評估中，只取了極有限的樣本量。為測試所選的所有示波器都是各廠家當前生產(chǎn)的產(chǎn)品。我們只測試了通道1，因為這是工程師最常使用的通道。雖然我們不能確保文中所述的測量具有典型性，但我們?nèi)哉J為這些測量結(jié)果代表了各示波器廠家當前生產(chǎn)的產(chǎn)品。
術(shù)語表
基線噪聲本底:在示波器最靈敏V/div設(shè)置下所測的有效值噪聲電平
Sin(x)/x:重建一種軟件濾波特性，它以更高的數(shù)據(jù)分辨率重建樣本波形，從而更精確地代表符合Nyquist準則的原未采樣輸入波形
噪聲本底:在示波器各V/div設(shè)置下所測的有效值噪聲電平
隨機噪聲:服從高斯分布的無界噪聲
動態(tài)范圍:數(shù)字存儲示波器（DSO）模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿度范圍，它取決于示波器的V/div設(shè)置，在大多數(shù)示波器中，它的變化范圍通常為8格峰峰（全屏）到10格峰峰（全屏＋20%）
峰峰噪聲:根據(jù)特定判據(jù)的示波器峰峰噪聲，這些判據(jù)如時間、采集數(shù)和/或采集存儲器深度
有效值噪聲:作為標準偏差的所測隨機噪聲
無限余輝:數(shù)字存儲示波器（DSO）的一種常用顯示模式，它累積和顯示所有采集，以示出信號最壞條件偏差
高斯分布:典型的鐘形曲線統(tǒng)計分布
確定性:系統(tǒng)性誤差/噪聲源，它是有界的
跡線亮度調(diào)制/分級:示波器特定時間位置處的顯示亮度隨頻度而變
DSP:數(shù)字信號處理
MegaZoomIII:一項Agilent專利技術(shù)，它提供跡線亮度分級、快波形更新率和響應(yīng)敏捷的深存儲器
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