解讀低噪聲背后的科學(xué)

低噪聲的重要性，源自電池技術(shù)及低噪聲、低電壓應(yīng)用的行業(yè)發(fā)展大勢，必須真正實現(xiàn)低電壓，才能使移動設(shè)備中的功率保持在很低的水平，否則電池很容易就耗干了。這些因素正推動著所有這些技術(shù)朝著低電壓的方向發(fā)展，精確的測試和評估系統(tǒng)成為必須的工具，而只有測試系統(tǒng)本身保持精確的低噪聲，才能保證我們需要測量的信號不被湮沒在測試系統(tǒng)本身的噪聲中。這正是業(yè)界普遍面臨的測試挑戰(zhàn)。

讓示波器只顯示輸入信號，而不要摻雜其他的信號，就需要示波器更純粹地表征信號。提到最新推出的MSO 6，工程師出身的泰克科技總裁Pat Byrne充滿興奮地說：“6系列MSO的關(guān)鍵特色之一，并不僅僅是低噪聲設(shè)計，而是實現(xiàn)了高分辨率下的低噪聲，以及帶寬高達(dá)8GHz時候的低噪聲表現(xiàn)。因此，這樣的采樣頻率，這樣的噪聲性能，這樣的垂直分辨率，真正代表了測量科學(xué)的前沿水平?！?/p>

MSO6示波器前端低噪放ASIC TEK061實現(xiàn)了突破性的噪聲性能，與普通示波器相比，噪聲降低約75%（5mV/div，1 GHz時）。MSO6提供了多個低噪聲輸入，特別是在最關(guān)鍵的高靈敏度設(shè)計中，提升了測量信心。例如，現(xiàn)代嵌入式設(shè)計要求干凈、精確控制的DC電源，為ASIC和FPGA器件輸送信號。對這些應(yīng)用，6系列MSO使得設(shè)計人員可以以更高分辨率和準(zhǔn)確度測量DC電源軌道，縮短了解設(shè)計中電源軌道上高頻影響源所用的時間。

這里分享了準(zhǔn)確測量示波器噪聲的七條規(guī)則，篇幅限制，此處只列出三點，查看PDF文件閱讀全文。

1.噪聲必須是測量出來的，而不是用眼睛看出來的。

有儀器廠商的銷售在做演示的時候，指著屏幕中間的軌跡線說：“看，這示波器噪聲看起來多小”。但實際上評估噪聲差異是量化的，而不是純粹用看的。示波器在獲取數(shù)百萬個模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)點，然后進行壓縮，顯示在顯示屏幕的像素中。選擇怎樣以看得到的方式壓縮數(shù)據(jù)，怎樣獲得輝度等級，是一個非常復(fù)雜的過程。某些方法可能會把重要的數(shù)據(jù)平滑化，其他方法可能會過分顯現(xiàn)噪聲尖峰。也就是說，可視表示方法會受到怎樣?xùn)鸥窕壽E的影響，而這和實際存在的噪聲一點兒關(guān)系沒有。噪聲必須是測量出來的，而不是用眼睛看出來的。

2.確保把兩臺示波器設(shè)置相同的滿刻度電壓，而不是相同的伏/格。

現(xiàn)代示波器，每個廠商都以不同的方式對屏幕分格，泰克使用10格，而有些其他品牌示波器用8格。如果8格示波器設(shè)置成100mV/div，那么泰克示波器必須設(shè)置成80mV/div才能進行同等比較。也可以把測得的噪聲除以滿刻度電壓，按百分比測量噪聲。不管是哪種方式，如果這兩臺示波器以不同方式對屏幕分格，都不能直接對比某個V/div設(shè)置下的絕對噪聲。

假設(shè)示波器 X在100mV/div時的RMS噪聲為3mV，但是屏幕為8格。另一臺示波器Y在100mV/div時的RMS噪聲是3.5mV，但是屏幕為10格。示波器 X和示波器 Y哪一臺的噪聲更高？有人說，在100mV/div下，示波器 Y的 “噪聲更高” ，事實真是這樣嗎？正確的說法是，在100mV/div下，示波器 X是8 * 100mV或800mV滿刻度。3mV/800mV = 0.375%噪聲。在100mV/div下，示波器Y有10 * 100mV或1V滿刻度。3.5mV/1V = 0.35%噪聲。因此，示波器 Y在100mV/div下的噪聲較低，盡管其噪聲值看起來比較高。

大家可以看到，為比較兩臺示波器在相同伏/格設(shè)置下的噪聲，必須使用滿刻度的百分比，而不是絕對電壓。如果想使用絕對電壓，那么滿刻度必須相同。在上面的例子中，示波器 Y應(yīng)設(shè)置成80mV/div才能進行準(zhǔn)確對比 (10格 * 80mV/div 等于 8格 * 100mV/div)。

3.不要測量峰峰值噪聲，而應(yīng)該測量AC-RMS值

人們一般把示波器置于連續(xù)運行模式，測量峰峰值噪聲。但是，這個值并不是無界的，因為測量運行時間越長，這個值變得越大。如果兩臺示波器的噪聲相等，那么數(shù)據(jù)處理速度更快的示波器顯示的峰峰值噪聲要高于處理數(shù)據(jù)較慢的示波器。而RMS測量在統(tǒng)計上是有效的，沒有上面的峰峰值問題。因此，在我們評估示波器的噪聲的時候，應(yīng)該用專門的AC-RMS測量，泰克示波器就有直接的AC-RMS選項。