在學(xué)習(xí)如何使用示波器來(lái)減小噪聲之前,我們先來(lái)了解下示波器的噪聲是怎么來(lái)的。
許多剛從模擬示波器轉(zhuǎn)到使用數(shù)字示波器的人可能會(huì)抱怨,說(shuō)他新買(mǎi)的示波器測(cè)出來(lái)的波形還不如自己那臺(tái)老式的模擬示波器清晰,甚至懷疑自己買(mǎi)到的示波器是不是壞的。那么,真的是示波器壞了嗎?
要知道,示波器的作用是還原真實(shí)的信號(hào),性能越高的示波器,越能觀察到信號(hào)的更多細(xì)節(jié),而這些細(xì)節(jié)往往是發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題的關(guān)鍵。在實(shí)際使用過(guò)程中,周?chē)h(huán)境中的干擾是實(shí)實(shí)在在存在的,噪聲不可能被完全地消除。事實(shí)上,示波器的帶寬越高,采集到的噪聲信號(hào)就會(huì)越多。低性能示波器的靈敏度很低,在選擇無(wú)視這部分干擾的同時(shí),也漏過(guò)了很多信號(hào)本身的有用信息,從而無(wú)法進(jìn)行有效正確的分析。
許多因素都會(huì)影響示波器上波形的顯示,我們所看到的信號(hào)肯定不是100%完整的真實(shí)信號(hào),它和我們所用的探頭類(lèi)型,測(cè)量方式,是否接地,以及各種示波器設(shè)置都有關(guān)聯(lián),比如垂直檔位設(shè)置,存儲(chǔ)深度、實(shí)時(shí)采樣率的大小,采樣的方式,示波器的帶寬,顯示的模式(如余暉顯示)等等。
當(dāng)示波器采集信號(hào)的能力越接近真實(shí),屏幕上就越可能會(huì)出現(xiàn)噪聲干擾,那么我們是不是對(duì)這些噪聲就束手無(wú)策了呢?當(dāng)然不是,新一代的高性能示波器,對(duì)于信號(hào)提供了更多樣的處理方式,下面我們就來(lái)一一了解:
條件垂直檔位,盡量使波形占滿(mǎn)屏幕
很多使用示波器的人可能都有一個(gè)“壞習(xí)慣”,就是測(cè)量多個(gè)信號(hào)的時(shí)候,為了避免各個(gè)信號(hào)重疊顯示影響觀察,就會(huì)調(diào)節(jié)垂直檔位,把各個(gè)信號(hào)縮小顯示。實(shí)際上,受垂直分辨率等因素影響,波形是越占滿(mǎn)整個(gè)屏幕,就越精準(zhǔn)的,同時(shí)也可以減小噪聲信號(hào),而且示波器廠家標(biāo)注的直流增益精度(一般是1-2%)也都是指波形在滿(mǎn)屏的情況下的精度。
可以看到,即使在其他條件相同的情況下,不同的垂直檔位測(cè)量出來(lái)的數(shù)值亦是不同的,波形越占滿(mǎn)屏幕,測(cè)量的值就越精準(zhǔn)。

選用合適的探頭
1X無(wú)源探頭的輸入無(wú)衰減,輸入阻抗基本不計(jì),加上示波器內(nèi)部本身的1MΩ,總輸入阻抗也就為1 MΩ;10X高阻無(wú)源探頭的輸入阻抗一般為9MΩ,示波器內(nèi)部的輸入阻抗為1MΩ,總輸入阻抗為10MΩ。對(duì)于10X探頭,信號(hào)從測(cè)試點(diǎn)到示波器器采樣點(diǎn)處有一個(gè)10倍衰減,示波器采樣到的電壓幅度是實(shí)際被測(cè)電壓幅度的1/10。不同衰減倍數(shù)的探頭測(cè)量的范圍也不同。
采樣率、存儲(chǔ)深度(記錄長(zhǎng)度)對(duì)信號(hào)的影響
當(dāng)波形的記錄時(shí)長(zhǎng)固定時(shí),采樣率和存儲(chǔ)深度是一次函數(shù)關(guān)系:采樣率 = 存儲(chǔ)深度 ÷ 波形記錄時(shí)長(zhǎng)
采樣率決定了示波器采集信號(hào)多少的能力,而存儲(chǔ)深度決定了示波器一屏幕最多可以存儲(chǔ)多少信號(hào)數(shù)據(jù)??梢韵胂?,存儲(chǔ)深度如果太低,大多數(shù)的信號(hào)信息都沒(méi)法被顯示出來(lái),自然波形只會(huì)嚴(yán)重失真,更談不上精準(zhǔn)了。
比如我們測(cè)試一個(gè)方波信號(hào),在其它條件相同只改變存儲(chǔ)深度的情況下,可以看到28K存儲(chǔ)深度時(shí),實(shí)時(shí)采樣率是2KSa/s,原本的方波已經(jīng)變成了鋸齒波,波形都變形,已經(jīng)談不上精準(zhǔn)了。而且根據(jù)奈奎斯特采樣定理,實(shí)時(shí)采樣率和被測(cè)信號(hào)頻率也有關(guān)。當(dāng)存儲(chǔ)深度設(shè)置為28M的時(shí)候,實(shí)時(shí)采樣率為2MSa/s,方波依然是方波。

使用高低通帶寬限制
之前說(shuō)過(guò),同樣的信號(hào)在模擬示波器里看起來(lái)可能更“干凈”,一方面也是因?yàn)槟M示波器的帶寬低,從而無(wú)法捕捉到很多高頻的噪聲導(dǎo)致,但這并不意味著真實(shí)中這些噪聲信號(hào)不存在。同樣的,數(shù)字示波器通過(guò)高低通帶寬限制功能,也能達(dá)到減小噪聲的效果。

這里最常用的應(yīng)該就是“20M”了,即低通20M,僅允許 20MHz 以下頻率的信號(hào)通過(guò),20MHz 以上的信號(hào)被有效衰減。對(duì)付高頻信號(hào)噪音十分有效。
使用平均采樣模式

使用平均采樣模式可平均多個(gè)采集結(jié)果,以減少所顯示信號(hào)中的隨機(jī)或無(wú)關(guān)噪聲。平均多個(gè) 采樣結(jié)果需要穩(wěn)定的觸發(fā)。 平均的數(shù)目可在平均采樣模式后的選擇框內(nèi)進(jìn)行設(shè)定,可設(shè)為 2、4、8、16、32、64、128、 256 共八個(gè)量級(jí)。 平均數(shù)目越高,顯示的波形對(duì)波形變化的響應(yīng)就越慢。必須在波形對(duì)變化的響應(yīng)速度與信號(hào)上所顯示噪聲的降低程度之間進(jìn)行折衷。

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