如何让你的示波器测量质量提高1000倍

       您是否希望示波器测量尽可能好？不要满足于普通的测量；只需正确选择信号的显示刻度，即可显著提升测量质量。为什么？ 因为示波器的采样率和分辨率在测量中同样重要。

采样率受示波器水平刻度的影响。其公式为：

采样率 = 存储深度/采集时间长度

       存储深度是一个恒定值，采集时间长度（或迹线长度）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，采集时间长度增加。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 方波的频率测量为例。我们知道频率为 100 kHz 且非常稳定，因此我们可以利用测量结果的标准方差来判断测量的质量。图 1 将 100 kHz 方波的水平显示刻度设置为满刻度 20 毫秒。并且，示波器的采样率已自动从 5 GSa/秒下降到 100 MSa/秒，以使整个迹线能够保存到示波器的存储器中。在大约 1500 次测量后，测量的标准方差为 1.49 kHz（约 1.5%）。

1.49 kHz 的标准方差

       但是，如果我们选择更小的时间/格设置值，有效缩短采集时间长度并提高采样率，看看会发生什么。图 2 所示为同一信号，但水平刻度设为 1.2 微秒/格。标准方差现为 1.5 Hz，是我们之前测量结果的千分之一。

1.5 Hz 标准方差

       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很大的影响。

      与水平刻度对时间相关测量有影响一样，垂直刻度也会对垂直相关测量（电压峰峰值、RMS 等）产生影响。我们再次以同样的 100 kHz 方波为例，来看看峰峰值电压。图 3 中的信号定标为 770 毫伏/格。测量结果峰峰值的标准方差为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！

18 mV 标准方差

1.22 mV标准方差 

       垂直刻度设置为什么会起到作用？通过设置信号刻度，使之尽可能填满屏幕，我们就能完全利用示波器的分辨率优势。分辨率是 ADC 能够达到多高精度的标志。分辨率越高， ADC 能检测的垂直电平数量越多。例如，下图所示为一个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。您可以看到，出现了四个不同的量化电平。

——模拟信号

——数字信号

      此图所示为 3 位 ADC 对同一模拟波形进行数字化处理的结果。量化电平数越多， ADC 的数字输出就越接近模拟输入。

——模拟信号

——数字信号

       如果垂直定标的信号只填充了示波器屏幕的一部分，那么您实际上没有充分利用 ADC 的分辨率。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别留下两个未使用的量化电平。这意味着，您的 3位 ADC 只能使用四个量化电平，相当于一个 2 位 ADC 的精度。

       搞清楚如何正确地设置示波器信号显示刻度，能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。下一次使用示波器时，请记住：正确设置信号刻度，可以获得好的测量结果！