高清示波器有什么樣的作用和使用資料概述

　　在很多應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員和測(cè)試測(cè)量工程師需要進(jìn)行寬動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量，以便在信號(hào)幅度較大的情況中查看非常小的信號(hào)。此類應(yīng)用包括電源完整性保證、雷達(dá)和聲納之類的回波定位和測(cè)距系統(tǒng)、核磁共振 （NMR） 和磁共振成像 （MRI） 之類的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，以及采用超聲波的無(wú)損檢測(cè)。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和原型設(shè)計(jì)階段，示波器當(dāng)然是進(jìn)行這些測(cè)量的首選工具，但這些主要受限于示波器前端的垂直分辨率。例如，8 位示波器的動(dòng)態(tài)范圍為 256:1，因此對(duì)于 1 V 范圍，理論最小信號(hào)為 3.9 毫伏 （mV）。若要在 3.3 V 總線上查看毫伏級(jí)紋波信號(hào)，則需要更高的靈敏度和偏移范圍。另外，當(dāng)使用高衰減探針來(lái)防止電路負(fù)載效應(yīng)時(shí)，信號(hào)電平會(huì)在示波器輸入端產(chǎn)生衰減，除非儀器具有很高的分辨率，否則將難以測(cè)量。問(wèn)題在于，在有較大信號(hào)或偏移的情況下，要實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度，必須使用更高分辨率的示波器，但此類示波器通常很昂貴，低噪聲輸入的高質(zhì)量示波器尤其如此。僅有較高分辨率而沒(méi)有較低本底噪聲，這將毫無(wú)用處。設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員需要的是：價(jià)格合理且前端本底噪聲很低的 12 位示波器。若要滿足這種高分辨率、低前端噪聲和低成本的需求，一種解決方案就是 Teledyne LeCroy 的 WaveSurfer 4000HD 系列高清示波器。本文將討論高動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量的困難、高清示波器的作用，以及如何有效地將其用于高動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量。

　　示波器垂直分辨率

　　示波器垂直分辨率是指示波器可以處理的最高輸入信號(hào)與可以檢測(cè)到的最小信號(hào)幅度之比。分辨率一般由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的位數(shù)來(lái)量化。分辨率等于 2 的位數(shù)次冪。因此，8 位轉(zhuǎn)換器的分辨率為 28 或 256:1。12 位轉(zhuǎn)換器的分辨率為 4096:1，是 8 位轉(zhuǎn)換器的 16 倍。多年來(lái)，在較高帶寬示波器中，數(shù)字示波器提供 8 位分辨率。這是因?yàn)?ADC 做了工程折中，使得以位數(shù)衡量的分辨率與 ADC 的最大采樣率成反比。大約八年前，Teledyne LeCroy 率先推出 12 位示波器，稱為高清或“HD”示波器。該公司的高清產(chǎn)品線最近新增了 WaveSurfer 4000HD 系列。該系列包括四款示波器，帶寬分別為 200、350、500 和 1000 兆赫茲 （MHz）。這些示波器的采樣率皆為每秒 5 千兆樣本 （GS/s），這對(duì)于 12 位示波器而言是非?？捎^的。內(nèi)置混合信號(hào)數(shù)字輸入、DVM、函數(shù)發(fā)生器和頻率計(jì)數(shù)器使這種多儀器產(chǎn)品更加完善。該系列以合理的價(jià)格提供所有這些功能以及 12 位分辨率。當(dāng)然，提高示波器分辨率需要的不僅僅是簡(jiǎn)單地改變 ADC，還需要增強(qiáng)示波器前端的信噪比 （SNR），避免靈敏的 ADC 充滿噪聲。采用 8 位前端的 12 位示波器仍然是 8 位示波器。但是，WaveSurfer 4000HD 示波器系列已成功實(shí)現(xiàn) HD 概念。12 位垂直分辨率加上低噪聲前端，實(shí)現(xiàn)了 12 位性能。對(duì)于任何給定幅度范圍，其靈敏度實(shí)際上是 8 位示波器的 16 倍。