普源示波器的垂直分辨率有多重要

示波器的垂直分辨率指的是模数转换器的垂直分辨率，用来衡量示波器将输入电压转化为数字值的精确程度，通常用A/D的位数来表示。

梳理目前市面上各种品牌和型号示波器，在ADC 采样后改善分辨率的方法可以归纳为三种信号处理算法：平均、线性相位FIR 滤波、分组平均。这里安泰测试以普源DS70000数字示波器为例。

普源DS70000数字示波器

1、平均 (Average )

如果信号是周期可重复的，示波器每采集n 段重复波形，把它们按触发位置对齐，相加后除以n，得到1 段平均后的波形，

触发位置抖动的结果是每段波形被错位相加，平均后波形失真。当信号本身的噪声比较大时，失真现象更明显。

2、线性相位FIR 滤波(Linear Phase FIR Filter)

噪声在频谱上通常分布得很宽。可以采用数字滤波的方法抑制信号带宽以外的噪声，从而提高信噪比、 改善垂直分辨率。一种常用滤波器类型为线性相位 FIR 滤波。在 ERES 功能里能够直接选择增强多少bit 分辨率，其实就是选择滤波器的带宽。带宽越小，信噪比改善得越多，增强的分辨率位数就越多。

3、分组平均(Group Average )

这种算法在很多示波器里被称为高分辨率采样模式 )。一些示波器也称其为线性平均，或者过采样和线性降噪技术。无论名称是什么，本质还是对 ADC采样后数据进行信号处理。这种算法的好处是也可以用于非周期信号。示波器以最大采样率采集波形，将一段波形的每n 个采样点分成1 组，对1 组中n个采样点取平均得到1个数据点存入采集存储器中。最终在示波器上显示的波形是样点分组平均后的数据，样点数量被抽取了n 倍，

分组平均提升分辨率的代价是性能受损和波形失真：

1) 高采样率和高垂直分辨率不可兼得。比如在8bit、40GSa/s的示波器上要实现12bit 分辨率，处理后 的采样率只能到2、5GSa/s 。要使处理后的采样率达到5GSa/s，分辨率只能提升到11bit。

2 ) 示波器带宽和垂直分辨率也不可兼得。在上一条例子中，要实现 12bit 分辨率，带宽从4GHz 下降到500MHz。

3 ) 工作在HiRes 模式下的示波器，用户不能直接选择增强多少bit 分辨率，它随示波器的时间刻度动态变化。

4 ) 分组平均算法对抑制高斯白噪声有效果，而对于示波器ADC的INL(积分非线性)引起的噪声没有抑制作用。

5 ) 信号比较陡峭的边沿在HiRES模式下，容易欠采样。例如信号边沿原本有16 个采样点，为了提高4bit分辨率，需要每 16 个点取平均。结果边沿只剩下 1 个样点。不少示波器以sin(x)/x方式做内插，在欠采样的情况下会导致吉布斯现象，使本来正常的边沿出现过冲、振铃。

6 ) 分组平均也会显著降低示波器波形更新率。

7 ) 分组平均可以有条件地提升分辨率，却不能改善示波器的准确度。例如具有硬件12bit ADC 示波器的直流增益精度可以达到± 0、5% 。采用过采样和线性降噪技术提升到12bit 分辨率的示波器，直流增益 精度仍然是8bi ADC 示波器的水平：±2%

以上关于普源示波器垂直分辨率的介绍，安泰测试作为专业的示波器代理商，代理泰克示波器、普源示波器、是德示波器等进口示波器品牌和国产示波器品牌。

审核编辑：汤梓红