示波器容易被忽略的3个关键参数

概览

所有示波器都会列出采样率、带宽和电压范围等规格，但在选择新仪器时，这些参数是否是最重要的考量因素？ 虽然这些是了解新设备的重要信息，但要真正了解示波器的质量，还需要深入阅读用户手册。 了解有效位数（ENOB）、通带平坦度和-3 dB滤波器截止频率这几个容易被忽略的参数的重要性。

1. 有效位数

示波器的ENOB是综合考虑了仪器的失真、噪声影响和杂散之后的实际测量分辨率。 与前面板或数据手册中的分辨率相比，ENOB可以更精确地表示示波器的测量性能，并且可以直接根据信噪比和失真（SINAD）规范进行计算。 噪声和设备杂散信号通常会嵌入到示波器的测量中，带来了不必要的电压偏移和频率分量。

图1. 有效位数（ENOB）用于衡量示波器的分辨率，而且考虑了仪器噪声和杂散。

如果要提高ENOB，可以使用具有极低噪声密度的高端模数转换器并采用先进的数据校正算法。 在选择新的示波器时，请选择具有高ENOB、SINAD或无杂散动态范围（SFDR）规格的示波器，以获得最佳的测量性能。 NI PXIe-5171R示波器是一款具有相对较高ENOB（11位）的14位示波器。 NI还提供行业领先的PXI-5922灵活分辨率示波器，分辨率为16到24位，提供前所未有的105 dB SINAD高频谱性能。

阅读这篇技术白皮书，了解计算ENOB和SFDR的详细信息。

2. 通带平坦度

不要以为示波器在整个频率范围内都能提供一致的幅度测量。 通带平坦度规范是指示波器整个频率测量范围内的幅度测量一致性。 具有出色平坦度的示波器在所有测量频率下（相同电压电平）的测量幅度几乎没有变化。

图2. 示波器的典型频率响应（红色）与示波器工作频率内理想的理论频率响应（灰色）有很大的偏差，这会导致测量结果不准确。

您可以通过查看示波器的频率响应波特图、多个频率下的信噪比或SFDR并观察数值差异或查看规范来确定仪器的平坦度。 具有良好平坦度的仪器可以让您在任何频率下进行测量，并在对轻微校正频率后对数据进行比较，使关联更加方便快捷。

1.5 GHz 10位PXIe-5162示波器就是一款具有出色通带平坦度的示波器。 请参阅的带宽和瞬态响应部分。

3. -3 dB滤波器截止频率

示波器用作为精确的振幅或频率测量设备时，谐波分量和噪声杂散会对测量产生不利影响。 所有示波器都具有由-3 dB点定义的模拟带宽规格，但是更值得注意的是信号超出指定带宽时对测量的影响。 在示波器的扩展工作频率中​​出现的信号可能出现在通过混叠进行测量的区域中。 为了消除这些影响，可以在感兴趣的特定区域使用具有抗混叠滤波器的示波器，或者使用具有更锐利滤波器滚降的示波器（通常大约为每十倍-20dB/十倍频程）。

图3. 示波器上的带宽规格并不意味着高频信号会消失 对于-3 dB滚降性能较差的示波器，工作频率范围之外的信号会错误地出现在测量频谱中。

具有出色低通滤波器响应的示波器将在-3 dB点之后明显滚降。 如果滤波器没有足够的滚降性能，那么频谱测量会由于感兴趣区域出现的混叠信号而受到显著影响。