盡量擴大測量動態範圍在探測中優(you) 化信號完整性
1)    通過計算平均值提高測量分辨率
2)    使用高分辨率采集提高測量分辨率
3)    使用交流耦合去除直流偏置
4)    使用示波器和探頭限製帶寬
5)    使用差分探頭進行安全、精確的浮置測量
6)    避免探測耦合了輻射功率的附件
7)    選擇避開示波器最靈敏設置的探頭

1,通過計算平均值提高測量分辨率

     在某些功率測量應用中，您需要測量大動態範圍的值，同時還需要細致地調整分辨率，以測量參數的微小變化。除了使用高分辨率數字轉換器之外，您也可以使用其他采集方法來降低隨機噪聲，增加測量的有效動態範圍。例如求平均值和高分辨率采集。

    求平均值要求測量的是重複信號。該算法對跨越多次采集的各時間段內(nei) 的點求平均值。這樣可以降低隨機噪聲，為(wei) 您提供更卓越的垂直分辨率。

    垂直分辨率每增加一位，需要計算多少平均值？答案是每計算 4 個(ge) 樣本平均值，便可將垂直分辨率增加 1 位。原理如下：

•    增加的位數 = 0.5 log2 N
•    N = 計算平均值的樣本數
•    例如，對 16 個(ge) 樣本求平均值，垂直分辨率將增加：
•    位數 = 0.5 log2 16 = 2
•    因此，有效的垂直分辨率為(wei) 8 + 2 = 10 位。

這種算法在垂直分辨率為(wei) 12 位時效果最好，因為(wei) 再繼續增加下去，其他因數（例如示波器的垂直增益或偏置精度）將起到決(jue) 定性作用。平均模式的優(you) 點是，它對示波器的實時帶寬沒有任何限製。缺點是它要求使用重複性信號，並會(hui) 降低波形更新速率。

 圖 1：在正常采集模式下捕獲的開關(guan) 電源的 Vds       在正常平均模式下捕獲的 Vds#p#副標題#e#

2,使用高分辨率采集提高測量分辨率

降低噪聲的第 2 個(ge) 方法是高分辨率模式，它不需要使用重複信號。Agilent InfiniiVision 3000 X 係列等現代化示波器在正常采集模式下可提供 8 位垂直分辨率（與(yu) 大多數其他數字化儀(yi) 類似）。然而與(yu) 平均模式一樣，高分辨率模式也隻能達到 12 位的垂直分辨率。

 高分辨率模式是對同一次采集的連續點求平均值，而不是對某個(ge) 時間段內(nei) 多次采集的點求平均值。在高分辨率模式中，您不能像在平均模式中那樣，直接控製平均值數量。垂直分辨率位數的增加由示波器的時間/格設置決(jue) 定。

 當在較慢時基範圍狀態下工作時，示波器會(hui) 連續過濾相繼的數據點，並將過濾結果顯示到顯示屏上。增加屏幕上數據的存儲(chu) 器深度，也會(hui) 同時增加進行平均值計算的點數。高分辨率模式下，掃描速度越快，在屏幕上捕獲的點數就越少，因此效果就越差。相反，掃描速度越慢，在屏幕上捕獲的點數就越多，效果也就越顯著。

3,使用交流耦合，去除直流偏置

如果您正重點研究信號的紋波，可能並不關(guan) 心其直流偏置。通常，紋波和噪聲與(yu) 電源電壓相比是極小的。如果您使用示波器的動態範圍對這種偏置進行定量測量，那麽(me) 在遇到更微小的信號細節時，可能無法進行深入分析。將示波器的耦合設置為(wei) “交流”，將會(hui) 從(cong) 測量結果中去除直流偏置，最大限度提高測量的線性度和動態範圍。

4,使用示波器和探頭限製帶寬

這種降低噪聲、增加動態範圍的方法雖然簡單，但常常被忽視。電源信號內(nei) 容與(yu) 示波器的標稱帶寬相比往往低得多（kHz 至幾十 MHz 級別）。多餘(yu) 的帶寬不會(hui) 傳(chuan) 輸任何信號信息，隻會(hui) 給測量帶來額外的噪聲。

 大多數示波器使用專(zhuan) 用的硬件濾波器來解決(jue) 這個(ge) 問題――通常是 20 至 25 MHz 低通濾波器。硬件濾波器與(yu) 軟件濾波器相比的一個(ge) 優(you) 勢是，它不會(hui) 影響示波器的更新速率。

 另一種方法是使用探頭來限製帶寬。測量鏈的帶寬受其

“最弱一環”的限製。500 MHz 示波器配備 10 MHz 探頭，其帶寬將會(hui) 是 10 MHz。安捷倫(lun) 提供了多種無源、有源的電流和差分探頭，總有一款探頭的帶寬會(hui) 適合您的特殊測量。

5，使用差分探頭進行安全、精確的浮置測量

示波器探頭上的接地引線通過 BNC 連接器的外殼連接到機箱。出於(yu) 安全考慮，示波器的機箱通過電源線的接地插頭連接到接地參考麵。示波器與(yu) 電源的接地方式不同，兩(liang) 者之間可能產(chan) 生衝(chong) 突。許多令人感興(xing) 趣的信號是以電勢而不是以接地作為(wei) 參考的（浮置）。電源設計人員采用各種方法來克服這一測量限製。

 最常用的方法是，通過削除電源線的防護接地插頭，或在電源線路中使用隔離變壓器，使示波器“浮置”（隔離）。T這種實踐方法非常危險，因為(wei) 它有可能在示波器機箱上形成高電壓。此外，使用浮置示波器進行測量，可能導致測量結果不精確。

 測量浮置電源信號的另一種方法是，使用兩(liang) 個(ge) 單端電壓探頭，用通道 A 的測量結果減去通道 B 的測量結果，即得到浮置電源信號。使用兩(liang) 個(ge) 輸入通道和探頭來測量感興(xing) 趣的信號節點。然後使用示波器上的波形數學功能，讓兩(liang) 個(ge) 通道上的電信號相減，得到差分信號的跡線。

 這種方法相對安全一些，因為(wei) 示波器始終保持接地。然而當共模信號相

對較小時，測量會(hui) 受到一定的限製，因為(wei) 此時使用的兩(liang) 個(ge) 探頭輸入通道之間的增益失配，共模抑製比較低，大約不到 20 dB（10:1）。

 進行安全精確的浮置測量，最好使用差分探頭或差分放大器。差分探頭提供較高的共模抑製比，通常達到

80 dB 或 10,000:1 甚至更高，因此您可以測量大共模信號中隱藏的小差分信號，實現適當的測量精度和高靈敏度。使用動態範圍和帶寬足夠滿足應用需求的差分探頭，可進行安全和精確的浮置測量。

#p#副標題#e#

6,避免探測耦合了輻射功率的附件

請務必謹慎使用探測附件。通用無源探頭在標準配置中通常提供 15 厘米長接地引線和掛鉤探針，這兩(liang) 種附件可能會(hui) 探測到電源或其他器件所產(chan) 生的噪聲。此外，長接地連接往往會(hui) 產(chan) 生電感負載，給被測信號增加振鈴。

反之，較小的探針、較短的接地連接――例如使用電路板上的 BNC 適配器或卡口式接地引線――可以顯著減少探測到的噪聲，其原理是通過盡量減少連接的匝數，可降低電感負載。

7,選擇避開示波器最靈敏設置的探頭

如果您測量電源的紋波和噪聲幅度，有可能要用到示波器最靈敏的或接近最靈敏的 V/格設置。這正好處於(yu) 放大器安全性能範圍的邊緣。雖然測試儀(yi) 器的工作可能會(hui) 符合技術指標，但是實際的測量效果也許還比不上它的“基本”性能。

 首先，應嚐試使用

1:1 探頭，而不是使用儀(yi) 器附帶的標準配置 10:1 無源探頭。若使用 10:1 探頭，不僅(jin) 示波器的基線本底噪聲會(hui) 以 10 倍增加，而且示波器的最小 V/格設置也會(hui) 比使用 1:1 探頭時的情況大 10 倍。這會(hui) 導致信噪比降低，測量的動態範圍縮小。使用衰減較小的探頭，隻要測量的信號不超過示波器的最大輸入電壓，那麽(me) 就可以獲得出色的信號完整性。