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發(fā)布時(shí)間：2018-08-31 07:01:31
文章來源：北京凡實(shí)測控技術(shù)有限公司 網(wǎng)站：http://www.fanshicekong.com示波器的垂直分辨率
數(shù)字示波器的垂直分辨率指的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的垂直分辨率，用來衡量示波器將輸入電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字值的***程度，通常用A/D的位數(shù)來表示.
梳理目前市面上各種品牌和型號(hào)示波器，在ADC 采樣后改善分辨率的方法可以歸納為三種信號(hào)處理算法： 平均，線性相位FIR 濾波、分組平均。
1.平均 （***erage ）
如果信號(hào)是周期可重復(fù)的，示波器每采集n 段重復(fù)波形，把它們按觸發(fā)位置對齊，相加后除以n，得到1 段平均后的波形，
常用算法原理和特點(diǎn)
梳理目前市面上各種品牌和型號(hào)示波器，在ADC 采樣后改善分辨率的方法可以歸納為三種信號(hào)處理算法： 平均，線性相位FIR 濾波、分組平均。
1.平均 （***erage ）
如果信號(hào)是周期可重復(fù)的，示波器每采集n 段重復(fù)波形，把它們按觸發(fā)位置對齊，相加后除以n，得到1 段平均后的波形，
觸發(fā)位置抖動(dòng)的結(jié)果是每段波形被錯(cuò)位相加，平均后波形失真。當(dāng)信號(hào)本身的噪聲比較大時(shí)，失真現(xiàn)象更明顯。
2.線性相位FIR 濾波（Linear Phase FIR Filter）
噪聲在頻譜上通常分布得很寬。可以采用數(shù)字濾波的方法***信號(hào)帶寬以外的噪聲，從而提高信噪比、 改善垂直分辨率。一種常用濾波器類型為線性相位 FIR 濾波。在力科示波器中通過“增強(qiáng)分辨率”（ERES, Enhanced Resolution）功能可以打開這個(gè)濾波器。由于是數(shù)字濾波，被測信號(hào)不再局限于周期信號(hào)。在 ERES 功能里能夠直接選擇增強(qiáng)多少bit 分辨率，其實(shí)就是選擇濾波器的帶寬。帶寬越小，信噪比改善得越多，增強(qiáng) 的分辨率位數(shù)就越多。下表是增強(qiáng)的分辨率位數(shù)和濾波器帶寬的關(guān)系。
3.分組平均（Group ***erage ）
這種算法在很多示波器里被稱為高分辨率采樣模式 （HiRES，High Resolution Acquisition Mode ）。一些示波器也稱其為線性平均（Linear ***erage ），或者過采樣和線性降噪技術(shù) （Hypersampling & Linear Noise Reduction ）。無論市場宣傳的名稱是什么，本質(zhì)還是對 ADC 采樣后數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理。這種算法的好處是也 可以用于非周期信號(hào)。示波器以***大采樣率采集波形，將一段波形的每n 個(gè)采樣點(diǎn)分成1 組，對1 組中n個(gè)采樣點(diǎn)取平均得到 1 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)存入采集存儲(chǔ)器中。***終在示波器上顯示的波形是樣點(diǎn)分組平均后的數(shù)據(jù)，樣點(diǎn)數(shù)量被抽取了n 倍，
分組平均本質(zhì)上也是一種數(shù)字濾波。樣點(diǎn)抽取倍數(shù)越高，分辨率提升得越多。據(jù)某款示波器規(guī)格，當(dāng)抽取倍數(shù)為16 時(shí)，可由8bit 提升到12bit。
同樣，分組平均提升分辨率的代價(jià)是性能受損和波形失真：
1）高采樣率和高垂直分辨率不可兼得。比如在8bit、40GSa/s 的示波器上要實(shí)現(xiàn)12bit 分辨率，處理后 的采樣率只能到2.5GSa/s 。要使處理后的采樣率達(dá)到5GSa/s，分辨率只能提升到11bit。
2 ）示波器帶寬和垂直分辨率也不可兼得。在上一條例子中，要實(shí)現(xiàn) 12bit 分辨率，帶寬從4GHz 下降到500MHz。
3 ）工作在HiRes 模式下的示波器，使用者不能直接選擇增強(qiáng)多少bit 分辨率，它隨示波器的時(shí)間刻度動(dòng)態(tài)變化。使用者不知道當(dāng)前增強(qiáng)了多少分辨率、帶寬下降到多少。
4 ）分組平均算法對***高斯白噪聲有效果，而對于示波器ADC 的INL （積分非線性）引起的噪聲沒有***作用。
5 ）信號(hào)比較陡峭的邊沿在HiRES 模式下，容易欠采樣。例如信號(hào)邊沿原本有16 個(gè)采樣點(diǎn)，為了提高4bit分辨率，需要每 16 個(gè)點(diǎn)取平均。結(jié)果邊沿只剩下 1 個(gè)樣點(diǎn)。不少示波器以sin(x)/x 方式做內(nèi)插，在欠采樣的情況下會(huì)導(dǎo)致吉布斯現(xiàn)象，使本來正常的邊沿出現(xiàn)過沖、振鈴：
6 ）分組平均也會(huì)顯著降低示波器波形更新率。
7 ）分組平均可以有條件地提升分辨率，卻不能改善示波器的準(zhǔn)確度。例如具有硬件12bit ADC 示波器的直流增益精度可以達(dá)到&plu***n;0.5% 。采用過采樣和線性降噪技術(shù)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：&plu***n;2% 文章來源：北京凡實(shí)測控技術(shù)有限公司
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