示波器 – NAZUKI-LAB

功能

观察电信号的波形以及测量信号的值和频率

结构

衰减电路的作用是将输入信号变换为适当的量值后再加到放大电路上, 目的是为了扩展示波器的幅度测量范围

基本指标

带宽

通常以赫兹(Hz)为单位表示，指在特定的衰减限制下，示波器能够准确显示的最高频率。这个衰减限制通常是-3dB，即当信号频率达到示波器的带宽时，示波器的响应将下降到原始信号的70.7%。

示波器的带宽可以视为示波器能够准确显示信号的频率范围。如果示波器的带宽不足，它将无法准确测量高频信号，可能导致信号幅度失真、边缘消失，从而丢失细节数据。主要表现在：谐波分量消失导致规则波形（方波、三角波等）呈现圆弧状而接近正弦波以及导致波形的上升时间和幅度的测量带来较大误差

因此，选择的示波器应当由足够的带宽以覆盖信号的绝大部分谐波。

高斯频响示波器在-3dB处表现出缓慢的下降特征，检测范围更大，同时由于让更多的频率分量进入示波器，在同样带宽指标下具有更快的上升时间，但带内被衰减的频率分量也更多，通常在小型示波器上使用，带宽在1GHz以下。

最大平坦度频响示波器在带内响应更加平坦，衰减较小，但在-3dB处下降较快，通常在大型示波器上使用，带宽在1GHz以上

*示波器的上升时间指示波器能精确测量的最快的边沿上升

确定所需带宽：估算模拟电路为最高频率的3-5倍，数字电路最高频率的5倍

采样率

采样电路将模拟信号等间隔地转化为数字信号，便于存储和计算机处理。

采样率指每秒内的采样次数单位Sa/S。采样率越高，丢失的信息越小，数据越精准。采样率不足可能导致信号的混叠失真，甚至将高频信号误认为低频信号。

奈奎斯特准则：采样速率必须要大于信号最高频率的2倍

所定的取样频率若取样的频率太低，就会产生取样的结果和原来的样本不同的状况。若一样本的频谱是带限频谱，也就是在某一频率|Wn|之外都为0的频谱，那么取样频率Ws就必须要大于两倍的Wn ，才不至于使频谱产生交叠，也因此产生失真。即：采样率需至少高于信号最高频率两倍 Ws>2Wn

实际应用中,对于高斯频响示波器，采样率至少为示波器的4倍。对于最大平坦频响示波器，采样率至少为示波器2.5倍。

但是采样率并不是越高越好。在采样率高于4倍带宽后，并不能提高测试高频信号与抓取毛刺的能力（过小的毛刺在采样前的前端硬件已经被滤波），反而会浪费示波器内的存储。

存储深度

最高实时采样率下连续采集并存储采样点的能力，由示波器的存储容量决定。

示波器工作流程：采样->内部存储->显示

深存储在观测长信号的时候仍然能看到波形细节，并且能维持较高采样率和足够的系统带宽；但波形的更新率也会降低，按键响应时间和波形捕获的死区时间增加，导致更多位于死区时间内信息被错过

存储深度=采样率×采样时间，存储深度固定，采样率越高，采样时间就越短

波形刷新率（捕获率）

示波器在单位时间（每秒）内捕获到的波形数量，示波器屏幕显示出的一个波形到显示出下一个波形中间的时间称为死区时间，所以示波器最大波形捕获率越高，每秒捕获到波形所占用时间越多，反应时间（死区时间）也就越短。所有的示波器都有一个内在特性，称为“死区时间”。这是示波器进行每一次重复采集之间的时间，此时其正在处理先前采集的波形。在示波器的死区时间期间，任何出现的信号将会丢失。波形捕获率越高，死区时间越短，捕获到异常波形的概率越大。

垂直分辨率

衡量数字示波器将模拟信号转换为数字量精细程度的重要指标，由所用ADC（模数转换器）的分辨率决定。当垂直分辨率为“n”bit时，垂直方向的信号被切分为2的n次方。垂直分辨率越高，信号失真越低，

重要技术指标

ADC

模数转换器 (ADC) 是确保示波器自身信号完整性的关键技术。

ADC位数与示波器的分辨率成正比。ADC 在示波器量程内工作，因此在电流和电压测量中，量化电平的步长与示波器的量程设置有关。如果垂直设置为 100mV/格，则量程等于 800 mV (8 格x 100 mV/格)，量级电平分辨率就是3.125 mV (即，800 mV 除以256 个量化电平）。

ENOB

进行测量时的实际有效位数。当高速ADC进行数据采集时由于噪声和失真的影响，实际ADC的信噪失真比达不到其标称位数应达到的理想性能。
也就是说，在任意示波器中，有些 ADC 位是没有意义的，它们只能在噪声中工作。因此，决定示波器测量质量的是 ENOB 而不是 ADC 位数。如果测量质量太差，那么得到的结果是不准确的，而且无法复现。

底噪