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HRO系列之三——高分辨率示波器WaveRunner HRO 6Zi

谈及分辨率,人们最容易想到的是图像分辨率。买电视、显示器、数码相机、打印机的时候都会考虑这个指标,一般用水平和垂直方向的像素点个数

谈及分辩率,人们最简单想到的是图画分辩率。买电视、显现器、数码相机、打印机的时分都会考虑这个目标,一般用水平缓笔直方向的像素点个数,或许DPI(Dots Per Inch)来表明。显着高分辩率图画更能清楚展现细节。而关于数字示波器,工程师很少谈及它的分辩率,谈得更多的是带宽、采样率等目标。示波器也有分辩率,更精确地说是笔直分辩率,也便是模数转化器(ADC)的量化位数。一般各个厂家出产的实时示波器ADC位数都为8bit,故而很少提及笔直分辩率。

实时示波器由于采样率高,ADC位数很难进步。在需求高分辩率丈量的场合常常由低采样率的数据收集卡来完成。为满意高分辩率的测验需求,美国力科公司研发了新式实时示波器WaveRunner HRO 6Zi,简称HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位数抵达12bit,一起具有较高的采样率 – 2GS/s。存储深度(记载长度)能够抵达每通道256M采样点。HRO示波器高分辩率、高采样率和长存储特性使其在大都测验场合中都能代替数据收集卡。当然,它也具有示波器拿手的丈量、剖析和调试功用,易用性更好。

ADC位数对笔直分辩率有多大影响?咱们来看下图,这是用8bit示波器和12bit示波器别离对同一个信号收集后,对其间部分波形扩大显现的成果。

能够看出8bit示波器收集的波形呈现台阶状现象,这是由于信号的细小改变和ADC量化差错适当,信号的细小改变淹没在了量化噪声中。或许许多工程师运用示波器时并没有注意到这个现象。比如两台尺度相同、分辩率不一样的电视机,站在5米外观看或许看不出不同,靠近了调查就能发现低分辩率电视机的像素点更粗、马赛克现象更显着。那么把示波器捕获的信号扩大、调查细节,也就有相似的作用。

笔直分辩率还和示波器自身的噪声和失真水平有关。打个比如,一台高分辩率的电视机,假如它内部电路噪声很大,导致屏幕呈现许多雪花点。即便是高清片源也会被这些雪花点给含糊了。相同道理,示波器ADC能够分辩的最小电压也或许淹没在示波器的噪声中。怎么评价示波器的噪声水平呢?有的示波器厂家喜爱用基底噪声(noise floor):示波器不输入信号,丈量基线的噪声巨细。这种目标只能作为参阅。由于没有人运用示波器时不输入信号。有无输入信号,示波器内部电路的作业状况或许不同很大。下面两图是某示波器没有输入信号和输入一个高信噪比的5GHz正弦波的比照图,并别离对时域波形做FFT,调查频域。在没有信号输入时,频域噪底比较平整,而输入正弦波后,除了信号基频调和波重量以外,呈现不少杂散,并且噪底的形状也不再平整。因而基线噪声不是评价示波器噪声水平的合理目标。

更科学的目标是信号与噪声失真比(Signal to Noise and Distortion Ratio ,SINAD),以及有效位数(Effective Number Of Bits,ENOB)。SINAD的丈量需求输入必定频率必定起伏的高信噪比正弦波给示波器,核算信号功率和噪声失真功率之比。ENOB在数学上能够经过SINAD核算得到。SINAD、ENOB与输入信号频率、起伏的巨细以及示波器的作业状况都有关,更具体的阐明请参阅:
http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf

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