示波器的幅度精度和相位噪聲--示波器的射頻指標連載（3）

絕對幅度精度（Absolute amplitude accuracy）

絕對幅度精度會(huì )影響到示波器對某個(gè)頻點(diǎn)載波做功率測量時(shí)的準確度。對于示波器來(lái)說(shuō)，絕對幅度精度指標 = DC幅度測量精度 + 幅頻響應。因此需要兩部分分別分析。

DC幅度測量精度就是示波器里標稱(chēng)的雙光標測量精度，又由DC增益誤差和垂直分辨率兩部分構成（如下圖所示是Keysight公司S系列示波器的DC測量精度指標）。對于實(shí)時(shí)示波器來(lái)說(shuō)，DC增益精度一般為滿(mǎn)量程的2%，而分辨率與使用的ADC的位數有關(guān)，如果是10bit的ADC就相當于滿(mǎn)量程的1/1024。由此計算得出實(shí)時(shí)示波器的DC幅度精度大約在±0.2dB左右。

至于幅頻響應，傳統上寬帶設備的幅頻響應都不會(huì )特別好，但現代的高性能示波器在出廠(chǎng)時(shí)都會(huì )做頻率響應的校準和補償，使得其幅頻響應曲線(xiàn)非常平坦。下圖是Keysight公司8GHz帶寬的S系列示波器的幅頻響應曲線(xiàn)，可以看出其帶內平坦度非常好，在7.5GHz以?xún)鹊牟▌?dòng)不超過(guò)±0.5dB。

因此，綜合下來(lái)，以S系列示波器為例，其在7.5GHz以?xún)鹊慕^對幅度測量精度可以控制在±1dB左右，這個(gè)指標和大部分中高檔頻譜儀的指標相當。而Keysight公司的V系列示波器更是可以在30GHz的范圍內保證±0.5dB的絕對幅度精度，超過(guò)了大部分高檔頻譜儀的指標。

相位噪聲（Phase Noise）

測量?jì)x器的相位噪聲（Phase Noise）反映了測試一個(gè)純凈正弦波時(shí)的近端低頻噪聲的大小，在雷達等應用中會(huì )影響到對于慢目標識別時(shí)的多普率頻移的分辨能力。相位噪聲的頻域積分就是時(shí)域的抖動(dòng)。對于示波器來(lái)說(shuō)，相位噪聲太差或者抖動(dòng)太大會(huì )造成對于射頻信號采樣時(shí)產(chǎn)生額外的噪聲從而惡化有效位數。

傳統的示波器不太注重采樣時(shí)鐘的抖動(dòng)或者相位噪聲，但隨著(zhù)示波器的采樣率越來(lái)越高，以及為了提高射頻測試的性能，現代的數字示波器如Keysight公司的S、V、Z等系列示波器都對時(shí)鐘電路進(jìn)行了優(yōu)化，甚至采用了經(jīng)典的微波信號源如E8267D里的時(shí)鐘電路設計，使得示波器的相位噪聲指標有了很大提升。

如下圖所示是S示波器在1GHz載波時(shí)的相位噪聲曲線(xiàn)，測試中的RBW設置為750Hz，在偏離中心載波100kHz處的噪聲能量約為-92dBm，歸一化到單位Hz能量約為-120dBc/Hz，這已經(jīng)超過(guò)了市面上大多數中檔頻譜儀的相噪指標。而更高性能的V系列示波器的相位噪聲指標則可以做到約-130dBc/Hz @100KHz offset，這已經(jīng)超過(guò)了市面上大部分中高檔頻譜儀的相應指標。

總結

從前面的介紹可以看出，現代的高性能的實(shí)時(shí)示波器除了受ADC位數的限制造成諧波失真指標明顯較差以外，其無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍可以和中等檔次的頻譜儀相當，而底噪聲、帶內平坦度、絕對幅度精度、相位噪聲等指標已經(jīng)可以做到和中高檔頻譜儀類(lèi)似。

而且，為了滿(mǎn)足射頻測試的要求，現代的高性能示波器里除了傳統的時(shí)域指標以外，也開(kāi)始標注射頻指標以適應射頻用戶(hù)的使用習慣。