泰克mdo3000系列示波器

　　一、示波器模数转换器ADC位数

　　为提高测试精度最理想的方式是提高示波器ADC位数，但是因为ADC采样率和垂直分辨率性能的互相制约，目前市面上常见的示波器是采用8bit ADC。我们换个角度来看，理论上用满其垂直的动态范围，分辨率就是垂直量程/ 256(2^8)，如果采用12bit ADC的示波器其分辨率为垂直量程/4096(2^12)。显而易见，高比特的ADC可以在测试精度上带来非常大的提升。

　　现在工程师面临着很多小信号测试的挑战，如果您是电源设计的工程师，纹波测试非常重要，过去纹波电压从几十到一百多mV到目前只有十几mV，甚至很多笔记本和手机上小到几个mV的微小纹波测试。这就对测试用的示波器的分辨率提出严峻的挑战，泰克全新一代示波器其硬件12bit ADC轻松解决微小信号的测试问题。

　　还有就是叠加在一个大的信号上的小信号测试。为测试到完整的信号，需要选择一个较大的量程，但是又要保证能测试到微小信号变化，如何能准确测试呢?归根结底还是考验示波器垂直分辨率的指标，请参考图2就非常清晰显示了其测试效果的对比。

　图1. 不同位数ADC示波器测试小信号对比

　泰克公司新4系，5系，6系示波器采用硬件12bit ADC倾力打造无与伦比的垂直分辨率，帮助您准确捕获微小信号。

　　二、示波器前端放大器

　　示波器信号接入第一部分就是前端放大器，它非常重要。前端放大器是专为微小信号测试而设计的，可以使测试设备有更广泛的应用。但是前端放大器在放大有用信号的同时也将噪声放大，理想的情况是选用噪声系数较小的前置放大器。示波器可检测的最小信号也主要取决于前置放大器的噪声。

　　在泰克全新一代示波器提升了前端放大器的硬件性能，本底噪声降低30%，从而提升了小信号的测试精度。具体的请参考图二。

图2. 泰克新MDO3系示波器和传统示波器本底噪声对比

　　三、示波器采集模式

　　在泰克示波器中，“采集模式”一词指波形数据的原始表示，通常是8位分辨率。所有后续处理操作( 显示、自动测量、光标、数学和应用) 都基于采集模式定义的信号数据表示。大多数示波器中默认的采集模式是采样模式。这是最简单的采集模式，在这种模式下，普通示波器以选择的采样率(直到最大采样率)用8位量值表示波形上的每个点。

　　在测量低压小信号时，有两种采集模式非常重要，具体视波形的可重复性而定，因为它们可以用来改善测量分辨率：平均模式和HiRes 模式，下面详细介绍了这两种模式。

　　① 平均模式。平均模式是示波器采集系统中基本降噪的信号处理技术之一。通过使用两次或两次以上采集的数据，对采集的数据点采用逐点平均的方法，形成输出波形。平均模式改善了信噪比，降低了与触发无关的噪声，提高了垂直分辨率，可以更简便地观察重复信号。

　　计算平均波形的传统方法是先简单地加总所有采集中的对应样点，然后除以采集次数。但是，这种方法要一直等到采集了所需的全部N个波形之后，才能显示平均值。耽误的时间对大部分用户是不可接受的，采集数据量会迅速超出示波器的内存容量。

　　AN = (1 / N) * (x0 + x1 + x2 + … + xn-1)

　　其中：AN是平均模式的采集的点;N表示请求的平均总数;xn是n次采集的点;n表示采集次数

图3. 平均模式在多次采集中计算每个记录点的平均值

　　当然可以修改传统的平均算法，每次在采集另一个波形时立即显示结果，解决显示平均后的波形所延误时间的问题。但是，数据存储问题依旧没有得到解决。稳定的平均算法为：

　　an = (1 / n) * (x0 + x1 + x2 + … + xn-1)

　　其中：an是当前平均采集的点;xn是新采集n个的点;n表示采集次数

　　注意，为了得到具体N 次采集的加总平均值，只需把示波器置入Single Sequence ( 单次序列) 模式。在这种模式下，在n到达N时，采集会停止，平均的波形中包含着具体N 个采集的波形。

　　泰克示波器采用指数平均算法，可以在每次采集后立即更新和显示波形，这大大降低了要求的存储容量。指数平均模式采用下面的公式，从新采集xn和之前平均波形an-1中得到新的平均的波形an：

　　an = an-1 + (1/p)*(xn - an-1) = an-1 * ((p - 1) / p) + (xn / p)

　　其中：n表示采集次数;N表示请求的平均总数;an是平均的采集中新的点;an-1是过去平均的采集中的点;xn是新采集的点;p是平均因数

　　如果(n

　　这两种算法都可以立即显示波形中一致的趋势效应。您可以在低速信号中看到这一点。如果信号是稳定的，那么您会看到前N 次采集中噪声连续下降。在N 次采集后，信号仍将变化，但整体降噪或垂直分辨率不再有改观。平均功能提高了信号的垂直分辨率，对于周期稳定的波形非常有效。对于周期及幅值都变化的波形如何提高测试精度呢?请看下面的方法。

图4. HiRes 采集模式计算每个采集间隔中所有样点的平均值