了解示波器波形粗细属性

如何快速了解某个示波器会产生多少噪声？大部分示波器厂商会对特定型号进行噪声表征，并在产品技术资料中包含这些数值。如果厂商未提供，您可以主动申请或自行查找。几秒钟即可完成测量。

断开所有输入端与示波器前端的连接，将示波器设在50 Ω 输入路径。您还可以在1MΩ 路径上测试。启用适量的采集存储器，100Kpts 至1Mpts 就足够了。示波器启用无限余辉，测量波形的高度。波形越粗，示波器产生的内部噪声就越多。示波器在每个垂直设置中具有独特的噪声质量。您能够通过观察波形粗细查看噪声，还能借助电压AC 真有效值测量来量化噪声，以进行更多的分析。把垂直设置更改为更容易敏感的数值——100 mV 至10 mv/格——您就能够看到噪声按照全量程垂直数值的百分比增长，如图3 所示。

图 3.  快速表征示波器的噪声。断开所有输入端。针对每个垂直设置中的通道进行Vrms AC 测量。

如果初始信号过窄，那么示波器就会降低噪声并显示较窄波形，可生成更好的视图和测量结果。更改您的示波器设置以降低带宽，由此消除了可导致信号过窄的宽带噪声。示波器厂商采取各种方法降低示波器固有噪声，例如求平均值、高分辨率模式、带宽限制。噪声缓解设置非常适合那些具有低噪声的示波器。

目标信号

目标信号既可以具备低噪声也可以具有很高的噪声。有时很难确定示波器上显示的信号噪声来自于目标信号还是示波器的内部噪声。当示波器的ADC 进行信号数字化时，ADC 无法区分信号噪声与示波器内部噪声。它保存ADC 输出信号并显示相关数值。较粗波形能否表示您的测试信号或示波器？有几种方法可以获得解答。首先，使用前文提到的方法对示波器的内部噪声进行快速评估。预计在每个采样点上添加这种偏差。开启无限余辉，查看波形形状是否变粗或者不变。

有趣的是，无限余辉还能展示示波器噪声对目标信号有何影响。对已知波形进行快速测试，观察示波器的波形在正常显示模式和无限余辉模式下有何不同，由此简单了解一下示波器的噪声和更新速率。如图4 所示，具有高噪声、低更新速率的示波器一开始会显示细波形，当开启无限余辉时，它会生成粗波形。具有高噪声、高更新速率的示波器将会立即显示一个粗波形——无论被测信号是窄还是宽。具有低噪声、低更新速率的示波器一开始会显示细信号，当开启无限余辉时，信号保持不变或者变粗（如果目标信号也产生噪声）。具有低噪声、高更新速率的示波器一开始会正确显示目标信号，当开启无限余辉时，已显示波形的粗细保持不变。

图4.  启用放大数学函数在波形上方垂直缩放，用户通过查看垂直范围包络即可确定信号的噪声大小。

图中文字中英对照

Vertical zoom shows total noise height

垂直缩放能够显示整个噪声高度

平均值模式一般通过降低噪声使波形变细。平均值模式可使示波器进行连续采集，对每个已捕获的点求平均值，如图5 所示。这种方法通过多次采集求取噪声平均值，能够降低示波器整体噪声。平均值权衡包括：平均值法还会求取目标信号值的平均值，并且仅针对重复信号。

高分辨率模式能够降低噪声，使波形更清晰地显示被测信号，如图5 所示。该模式既支持重复信号，也支持单次捕获信号。在高分辨率模式中，示波器对邻近样本求平均值，因而能够降低整体噪声。高分辨率模式需要权衡的一点是：示波器必须对样本求平均值，由此得到的平均采样点的出现频率会低于比初始采样点。这会降低有效采样率和整体带宽。 

图5.  平均值模式适用于重复信号，显著降低噪声，可获得精确的窄波形。

图中文字中英对照

Averaging (n=4)

平均值（n=4）

您是否还在思考细波形和粗波形的优劣？您现在拥有一定的专业知识和技术，能够选择一款更忠实再现您的目标信号波形的示波器。或者，您已经选定某款示波器，您可以利用这些方法确定示波器如何显示被测信号的细波形或粗波形。