示波器是電子工程師的核心工具，能夠直觀觀察信號(hào)特性。本文通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析12bit和8bit示波器在信號(hào)捕捉和波形還原方面的關(guān)鍵差異，解釋為何高精度測(cè)量工作中，12bit示波器能提供更可靠的測(cè)量結(jié)果。

8bit與12bit：數(shù)字背后的真相

什么是示波器的“bit數(shù)”時(shí)？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是示波器ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的分辨能力，決定了儀器能夠識(shí)別的最小電壓變化。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的數(shù)字差異，卻能帶來(lái)測(cè)量能力的質(zhì)變：

8bit示波器：將輸入信號(hào)量化為2^8 = 256個(gè)電平

12bit示波器：將輸入信號(hào)量化為2^12 = 4096個(gè)電平

這意味著在相同的電壓量程下，12bit示波器的分辨精度比傳統(tǒng)8bit示波器提高了16倍。

實(shí)驗(yàn)對(duì)比：直觀展示性能差異

為了驗(yàn)證兩者的主要區(qū)別，我們用到一臺(tái)12bit示波器ZUS5054Pro和8bit的示波器ZDS4054Plus來(lái)進(jìn)行對(duì)比，用信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生頻率大小相同，幅度大小不同的正弦波，通過(guò)BNC線(xiàn)把波形接到示波器界面來(lái)進(jìn)行波形對(duì)比。實(shí)驗(yàn)一：常規(guī)滾動(dòng)模式觀察我們用信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)頻率1KHz，幅度為5Vpp的正弦波，滾動(dòng)模式下觀察波形我們不放大發(fā)現(xiàn)兩者波形幾乎一模一樣：

12bit示波器

8bit示波器

實(shí)驗(yàn)二：低幅度信號(hào)測(cè)試有些人會(huì)說(shuō)是不是信號(hào)幅度較小，所以看不出兩個(gè)示波器有什么區(qū)別，那我們將幅度調(diào)到50mv，保持頻率不變，同樣的條件下觀察波形，還是看不出明顯變化：

12bit示波器

8bit示波器

實(shí)驗(yàn)三：?jiǎn)未斡|發(fā)放大觀察

由于前面的都是在滾動(dòng)模式下，我們看不出波形在兩個(gè)示波器的區(qū)別，這次我們用Single模式單次觸發(fā)一個(gè)波形，在實(shí)驗(yàn)二的條件下觸發(fā)波形然后放大，這個(gè)時(shí)候就可以看到8bit的示波器會(huì)有臺(tái)階狀失真，12bit的波形放大后還能平滑過(guò)渡：

12bit示波器

8bit示波器

為什么會(huì)出現(xiàn)這種差異？原因在于單次觸發(fā)暫停時(shí)，ADC器件已經(jīng)完成了采樣過(guò)程。當(dāng)我們放大觀察這些已采集的波形時(shí)，12bit示波器由于具有更高的精度和分辨率（4096級(jí)別），能夠更精確地記錄信號(hào)的細(xì)微變化，因此即使在放大狀態(tài)下也能平滑還原真實(shí)波形，避免失真。

12bit優(yōu)勢(shì)：不只是數(shù)字上的差異

1、更高的垂直分辨率

前面我們說(shuō)，8bit的示波器把整屏的電壓值分成了256份，而12bit示波器把整屏電壓值劃分成了4096份，意味著12bit的示波器可以捕捉到更細(xì)微的信號(hào)變化，提供更高的測(cè)量精度。

2、更豐富的信號(hào)捕捉細(xì)節(jié)

12位示波器由于垂直分辨率更高，能夠捕獲到信號(hào)的更多細(xì)節(jié)，包括微小的波動(dòng)和噪聲。這對(duì)于需要高精度測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，如半導(dǎo)體測(cè)試、信號(hào)完整性分析等。

3、更大的動(dòng)態(tài)范圍

12位示波器提供了更大的動(dòng)態(tài)范圍，這意味著示波器能夠同時(shí)捕獲到低幅度和高幅度的信號(hào)，而不會(huì)出現(xiàn)失真或截?cái)唷Ｏ旅婵梢钥吹酵瑯訔l件下兩個(gè)示波器進(jìn)行采集波形，12bit示波器采集到的點(diǎn)數(shù)會(huì)更密集，在波形細(xì)節(jié)會(huì)更深一些。

示波器位數(shù)對(duì)比圖

什么時(shí)候選擇12bit示波器？

在選擇示波器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求考慮位數(shù)。如果需要觀察細(xì)微信號(hào)變化或進(jìn)行精確的測(cè)量，12bit示波器是更好的選擇。例如觀察電源干擾信號(hào)等有幅度較大和幅度較小的信號(hào)，可以看到下圖中的同樣波形，12bit示波器放大后能很好的還原波形，8bit示波器已經(jīng)完全失真。

8bit示波器

12bit示波器

總結(jié)

隨著電子系統(tǒng)復(fù)雜度提高和測(cè)量精度要求增加，12bit示波器在高精度測(cè)量領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。通過(guò)本文的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和技術(shù)分析，我們可以清楚地看到12bit示波器在信號(hào)細(xì)節(jié)捕捉和波形還原方面的明顯優(yōu)勢(shì)，為工程師的設(shè)計(jì)與調(diào)試工作提供了更可靠的測(cè)量工具。

ZUS5054Pro示波器

示波器精度對(duì)比表

致遠(yuǎn)儀器ZUS5054Pro示波器采用12bit高速ADC，垂直分辨點(diǎn)數(shù)達(dá)到4096點(diǎn)，測(cè)量精度達(dá)到0.5%，是普通8bit示波器的16倍。ADC位數(shù)越高，示波器垂直分辨率越細(xì)，ZUS5000更精細(xì)的垂直分辨率，可以讓我們看到更真實(shí)的波形細(xì)節(jié)。