如何測量示波器的底噪

ID:689795 · 發表于 2021-6-10 15:41

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

在我們進行設計、調試時，信號完整性與否會極大影響我們的判斷。示波器測量中可能會存在噪聲-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增加我們開發周期時間、影響生產質量和導致誤選元器組件的風險。為了最大限度地降低這種風險，我們應該選擇可以保持高信號完整性的示波器。

今天我們來看一下影響信號完整性的其中一個因素，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關的一切干擾，主要是由示波器的衰減器，前端放大器以及模數轉換器產生。示波器測量信號時，信號首先通過衰減器和前端放大器再由ADC模數轉換器進行采樣，該噪聲會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法進行區分，理論上是沒有辦法消除的。

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

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.移動觸發電平至零平線，使底噪穩定顯示。

6.調節示波器的時基和存儲深度，使得示波器處于最大采樣率狀態

7.打開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

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

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

我們打開示波器的帶寬限制，將其設置為20M，可以看到此時的底噪在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候，就無法捕捉到那些高頻信號，因此就會顯得底噪小。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自動進行帶寬限制，以此使得測量出來的波形更加清晰。

我們知道示波器的采樣率 = 存儲深度 ÷ 波形記錄時長，示波器采集的數據點越多，對波形的重構自然就越完整，因此低采樣率肯定也會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：示波器測各種類型信號需要多大采樣率實測

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

總結來說，示波器的帶寬越高，采樣率越高，往往底噪也會顯示的越高，但這并不是說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有被捕捉到而已。因此，我們在對示波器進行底噪比較的時候，要保證2個示波器的各項設置和參數一致，才具有比較的意義。

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