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能最好？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100kHz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100kHz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5GSa/秒下降到100MSa/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1.49kHz（约1.5%）。

　　图1

　　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1.5Hz，是我们之前测量结果的千分之一。

　　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100kHz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！

　　图3

　　图4

　　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。

　　图5

　　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。

　　图6

　　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。

　　了解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**的测量结果！