導言：對于數(shù)字示波器，工程師極少談及它的分辨率，談得更多的是帶寬、采樣率等指標。其實，示波器也有分辨率，更準確地說是垂直分辨率，也就是模數(shù)轉(zhuǎn)化器（ADC）的量化位數(shù)。ADC位數(shù)不僅對垂直分辨率有大的影響，而且還和示波器本身的噪聲和失真水平有關。

談及分辨率，人們最容易想到的是圖像分辨率。買電視、顯示器、數(shù)碼相機、打印機的時候都會考慮這個指標，一般用水平和垂直方向的像素點個數(shù)，或者DPI（Dots Per Inch）來表示。顯然高分辨率圖像更能清楚展示細節(jié)。而對于數(shù)字示波器，工程師極少談及它的分辨率，談得更多的是帶寬、采樣率等指標。示波器也有分辨率，更準確地說是垂直分辨率，也就是模數(shù)轉(zhuǎn)化器（ADC）的量化位數(shù)。一般各個廠家生產(chǎn)的實時示波器ADC位數(shù)都為8bit，故而極少提及垂直分辨率.

實時示波器由于采樣率高，ADC位數(shù)很難提高。在需要高分辨率測量的場合經(jīng)常由低采樣率的數(shù)據(jù)采集卡來實現(xiàn)。為滿足高分辨率的測試需求，美國力科公司研發(fā)了新型實時示波器WaveRunner HRO 6Zi，簡稱HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位數(shù)到達12bit，同時具備較高的采樣率 - 2GS/s。存儲深度（記錄長度）可以到達每通道256M采樣點。HRO示波器高分辨率、高采樣率和長存儲特性使其在多數(shù)測試場合中都能替代數(shù)據(jù)采集卡。當然，它也具備示波器擅長的測量、分析和調(diào)試功能，易用性更好。

ADC位數(shù)對垂直分辨率有多大影響？我們來看下圖，這是用8bit示波器和12bit示波器分別對同一個信號采集后，對其中部分波形放大顯示的結(jié)果。

         

可以看出8bit示波器采集的波形出現(xiàn)臺階狀現(xiàn)象，這是因為信號的微小變化和ADC量化誤差相當，信號的微小變化淹沒在了量化噪聲中。可能很多工程師使用示波器時并沒有注意到這個現(xiàn)象。好比兩臺尺寸相同、分辨率不一樣的電視機，站在5米外觀看可能看不出差別，靠近了觀察就能發(fā)現(xiàn)低分辨率電視機的像素點更粗、馬賽克現(xiàn)象更明顯。那么把示波器捕獲的信號放大、觀察細節(jié)，也就有類似的效果。

垂直分辨率還和示波器本身的噪聲和失真水平有關。打個比方，一臺高分辨率的電視機，如果它內(nèi)部電路噪聲很大，導致屏幕出現(xiàn)很多雪花點。即便是高清片源也會被這些雪花點給模糊了。同樣道理，示波器ADC能夠分辨的最小電壓也可能淹沒在示波器的噪聲中。如何評估示波器的噪聲水平呢？有的示波器廠家喜歡用基底噪聲（noise floor）：示波器不輸入信號，測量基線的噪聲大小。這種指標只能作為參考。因為沒有人使用示波器時不輸入信號。有無輸入信號，示波器內(nèi)部電路的工作狀態(tài)可能差別很大。下面兩圖是某示波器沒有輸入信號和輸入一個高信噪比的5GHz正弦波的對比圖，并分別對時域波形做FFT，觀察頻域。在沒有信號輸入時，頻域噪底比較平坦，而輸入正弦波后，除了信號基頻和諧波分量以外，出現(xiàn)不少雜散，而且噪底的形狀也不再平坦。因此基線噪聲不是評估示波器噪聲水平的合理指標。

              
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更科學的指標是信號與噪聲失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio ，SINAD），以及有效位數(shù)（Effective Number Of Bits，ENOB）。SINAD的測量需要輸入一定頻率一定幅度的高信噪比正弦波給示波器，計算信號功率和噪聲失真功率之比。ENOB在數(shù)學上可以通過SINAD計算得到。SINAD、ENOB與輸入信號頻率、幅度的大小以及示波器的工作狀態(tài)都有關，更詳細的說明請參考：http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf

力科HRO不僅ADC位數(shù)比其他實時示波器高，也有極低的噪聲水平。典型的信噪比為55dB。而8bit示波器一般只有35～40dB。下圖是將一個多諧波信號分別輸入到8bit和12bit示波器，轉(zhuǎn)化到頻域觀察。兩者頻域的垂直刻度和基準都一樣，可以看出，12bit示波器的頻域噪底比8bit示波器低大約10dB

       

        

我們來看一個實際的測試案例：需要對某開關電源產(chǎn)品中的功率MOS管進行分析。其中有一個測試項是MOS管導通損耗。分別用電壓和電流探頭測量漏源電壓Vds與漏極電流Ids，在示波器上將兩個波形相乘得到功率波形，導通期間的功率就是導通損耗。由于在導通期間，Vds與Ids的值都很小，和8bit示波器的量化誤差相當?？梢詫ds波形導通時的波形放大觀察，也會出現(xiàn)前文提到的臺階狀現(xiàn)象：




而HRO的高分辨率特性使這種誤差大大減小。通過對比測試，8bit示波器測量的導通損耗是1.5W，HRO測量的導通損耗是688mW ：
       

    

使用低分辨率示波器的工程師，也許花費很多精力物力去降低導通損耗，殊不知測量結(jié)果主要是量化誤差。

總結(jié)：
力科HRO示波器的高分辨率特性，使其特別適合測量和分析微小變化的信號，如高精度傳感器和執(zhí)行器；心電、腦電等微弱生理信號；電源噪聲和紋波；無線中頻信號等。