如何測量示波器的底噪

信號完整性是示波器測量信號質(zhì)量的主要衡量標準。 尤其當我們需要觀(guān)測小信號或者大信號的微小變化時(shí)，其信號完整性顯得更加至關(guān)重要。

在我們進(jìn)行設計、調試時(shí)，信號完整性與否會(huì )極大影響我們的判斷。示波器測量中可能會(huì )存在噪聲-信號失真甚至信號丟失等影響信號完整性的因素。 優(yōu)秀的示波器配合適當的設置可以更好地保持信號的完整性。信號完整性差的示波器很可能會(huì )增加我們開(kāi)發(fā)周期時(shí)間、影響生產(chǎn)質(zhì)量和導致誤選元器組件的風(fēng)險。 為了最大限度地降低這種風(fēng)險，我們應該選擇可以保持高信號完整性的示波器。

今天我們來(lái)看一下影響信號完整性的其中一個(gè)因素，示波器的底噪。示波器的底噪即示波器的本底噪聲，一般指示波器在測量中與信號存在與否無(wú)關(guān)的一切干擾，主要是由示波器的衰減器，前端放大器以及模數轉換器產(chǎn)生。示波器測量信號時(shí)，信號首先通過(guò)衰減器和前端放大器再由ADC模數轉換器進(jìn)行采樣，該噪聲會(huì )疊加在被測信號上成為信號的一部分，因此模數轉換器也無(wú)法進(jìn)行區分，理論上是沒(méi)有辦法消除的。

示波器的底噪測量只需簡(jiǎn)單的幾步就可以做到，每個(gè)有示波器的人都可以快速地在幾分鐘內進(jìn)行測量。

1.去除連接示波器的所有探頭

2.確保示波器正常允許，其耦合方式設置為直流，采樣方式為正常，帶寬限制為全帶寬

3.將示波器的通道衰減比設置為1X

4.示波器的垂直擋位設為最小，如下圖是1mV/div

5.移動(dòng)觸發(fā)電平至零平線(xiàn)，使底噪穩定顯示。

6.調節示波器的時(shí)基和存儲深度，使得示波器處于最大采樣率狀態(tài)

7.打開(kāi)示波器的測量項峰峰值即為示波器底噪，可以看到在1mV左右

我們也可以打開(kāi)示波器的無(wú)限余暉和色溫顯示，以此來(lái)觀(guān)察底噪的程度。波形的顏色越厚重，示波器內部產(chǎn)生的噪聲就越多。我們也可以打開(kāi)其他的通道單獨觀(guān)察，一般每個(gè)通道的底噪都是獨有的，會(huì )有細微的差異，這都是正常的。調節示波器的垂直擋位會(huì )發(fā)現示波器的底噪也會(huì )發(fā)生變化，對于此有疑問(wèn)的可以看下示波器的垂直分辨率相關(guān)的文章，就能了解導致這種現象的原因，因此測量示波器底噪務(wù)必要記得將垂直擋位調到靈敏度最高的擋位。

接下來(lái)我們通過(guò)設置來(lái)看看帶寬、采樣率、存儲深度這示波器的三大指標對底噪的影響。

我們打開(kāi)示波器的帶寬限制，將其設置為20M，可以看到此時(shí)的底噪在500μV左右。難道帶寬越低的示波器底噪反而越小嗎？由于噪聲信號基本都是高頻信號，當示波器帶寬太低的時(shí)候，就無(wú)法捕捉到那些高頻信號，因此就會(huì )顯得底噪小。同樣的，示波器的帶寬越高，采集到的信號諧波分量越豐富，往往噪聲也會(huì )越大。為了避免這種高帶寬引入的干擾，有的示波器在高靈敏度垂直擋位下會(huì )自動(dòng)進(jìn)行帶寬限制，以此使得測量出來(lái)的波形更加清晰。

我們知道示波器的采樣率 = 存儲深度 ÷ 波形記錄時(shí)長(cháng)，示波器采集的數據點(diǎn)越多，對波形的重構自然就越完整，因此低采樣率肯定也會(huì )使得底噪的顯示變低，當然低采樣率也可能導致我們想要采集的信號失真，具體多少采樣率足夠，可以參考我們之前的文章：示波器測各種類(lèi)型信號需要多大采樣率實(shí)測

我們將示波器的存儲深度調節為28K，此時(shí)的采樣率為20MSa/s，可以看到底噪的峰峰值為683.8μV。

總結來(lái)說(shuō)，示波器的帶寬越高，采樣率越高，往往底噪也會(huì )顯示的越高，但這并不是說(shuō)低帶寬的示波器引入的噪聲就小，而是有很大一部分信號沒(méi)有被捕捉到而已。因此，我們在對示波器進(jìn)行底噪比較的時(shí)候，要保證2個(gè)示波器的各項設置和參數一致，才具有比較的意義。