測量低幅度信號提出了一套獨特的挑戰(zhàn)。最主要的挑戰(zhàn)是噪聲和足夠的測量靈敏度問題。

降低噪聲

在測量幾百毫伏以上的信號時可以忽略不計的環(huán)境噪聲，在測量幾十毫伏以下的信號時不能再忽略不計。結(jié)果，為降低測量系統(tǒng)撿拾的噪聲，必需最大限度地減少接地環(huán)路，并使地線盡可能短。在極限情況下，可能必需使用電源線濾波器和屏蔽室，以對幅度非常低的信號進行無噪聲測量。

但是，在進入極端條件前，應(yīng)考慮把信號平均作為解決噪聲問題的一種簡單、經(jīng)濟的解決方案。如果試圖測量的信號是重復的，試圖消除的噪聲是隨機的，信號平均可以有效改善采集的信號的SNR(信噪比)。圖6.12說明了其中一個實例。

6.12.a和圖6.12b.通過信號平均(b)可以清潔有噪聲的信號(a)

信號平均是大多數(shù)數(shù)字存儲示波器(DSO)標準配備的功能。其工作方式是對多次采集的重復波形求和，然后從多次采集中計算得出平均波形。由于隨機噪聲的長期平均值為零，因此信號平均過程降低了重復信號上的隨機噪聲。改進的程度用SNR表示。在理想情況下，信號平均功能每兩次平均的功率會使SNR改進3dB。因此，平均兩次波形采集(21)可以使SNR改進3dB，平均四次波形采集(22)可以使SNR改進6dB，平均八次(23)可以使SNR改進9dB，依此類推。

提高測量靈敏度

示波器的測量靈敏度是其輸入電路的函數(shù)。輸入電路放大或衰減輸入信號，以便在示波器屏幕上以校準的幅度顯示信號?？梢酝ㄟ^示波器的垂直靈敏度設(shè)置，選擇顯示信號所需的放大或衰減量，垂直靈敏度設(shè)置以每格伏數(shù)(V/div)進行調(diào)節(jié)。

為顯示和測量小信號，示波器輸入必須有足夠增益或靈敏度，至少要提高幾格的信號顯示高度。例如，為兩格高顯示20mV峰峰值信號，示波器要求10mV/格的垂直靈敏度。同樣為兩格顯示10mV信號,需要以更高的靈敏度設(shè)置5mV/格。注意，每格伏數(shù)設(shè)置低會導致靈敏度高，反之亦然。

測量小信號除要求充足的示波器靈敏度外，還需要充足的探頭。一般來說，這不是大多數(shù)示波器作為標準附件提供的普通探頭。標準配套探頭通常是10X探頭，它以系數(shù)10降低示波器靈敏度。換句話說，在使用10X探頭時，5mV/格示波器設(shè)置會變成50mV/格。結(jié)果，為使示波器保持最高的信號測量靈敏度，必需使用非衰減的1X探頭。

但是，要注意1X無源探頭的帶寬較低，輸入阻抗較低，頭部電容一般較高。因此您要額外注意測量的小信號的帶寬限制及探頭可能導致的信號源負荷。如果任何一項表明出現(xiàn)問題，那么較好的方法是利用1X有源探頭提供高得多

的帶寬和低得多的負荷。

在小信號幅度低于示波器的靈敏度范圍的情況下，必需使用某種形式的前置放大技術(shù)。由于非常小的信號很容易受到噪聲影響，因此通常使用差分前置放大技術(shù)。差分前置放大技術(shù)通過共模抑制，在一定程度上實現(xiàn)了抗噪聲能力，另外它可以放大小信號，從而使其落在示波器的靈敏度范圍內(nèi)。

在使用為示波器設(shè)計的差分前置放大器時，可以實現(xiàn)10μV/格等級的靈敏度。這些專門設(shè)計的前置放大器擁有相應(yīng)的功能，允許在最小5μV的信號上進行可用的示波器測量，甚至可以在噪聲高的環(huán)境中進行測量！

但要記住，全面利用差分放大器要求使用一套匹配的優(yōu)質(zhì)無源探頭。未能使用匹配的探頭會損害差分前置放大器的共模噪聲抑制功能。

另外，在需要進行單端測量、而不是差分測量的情況下，負信號探頭可以連接到測試電路接地上。這在本質(zhì)上是在信號線和信號接地之間進行的一種差分測量。但在這樣做時，會喪失共模噪聲抑制功能，因為信號線和接地沒有共同的噪聲。

最后要注意，一直要遵守制造商推薦的連接和使用所有探頭和探頭放大器的程序。特別是在使用有源探頭時，要特別注意可能會損壞對電壓靈敏的探頭器件的過壓問題。