12-bit还有“山寨版”？如何挑选高分辨率示波器？

自从 20 世纪 80 年代中期第一代数字存储示波器问世以来，8-bit的垂直分辨率就成为了示波器的标准配置。对此许多人抱怨过，为什么垂直分辨率不能更高一些？这主要是受限于当时工艺技术水平。

再往后，越来越多的厂商宣称自家的示波器分辨率可达12-bit，与此同时，一些如“高清”、“高精度”、“高分辨”等词汇也开始频繁用于宣传推广，用来表示比传统的8-bit示波器的性能要有所提升。

近年来，各大厂商也纷纷开始重点推广高分辨率示波器，这主要是为了迎合当前的发展趋势，比如电源行业，开关频率从几十KHz，到几百KHz，到现在甚至高达几MHz，这对示波器的带宽、采样率、分辨率都提出了更高的要求。

有这么多的品牌，这么多的型号可供选择，用户们该如何挑选呢？这篇文章就来讨论一下挑选高分辨率示波器的6大要素。

01  分辨率

开启高分辨率模式后（增强位数4.0）

提到“分辨率”，有人会说：“选12-bit不就行了？”实际上，我们要谨防买到“山寨版”的12-bit。

大家可能听说过一个词，叫做“高分辨率模式”，其原理是使用低通滤波器滤除ADC 数据中的量化噪声和热噪声，提高信号的信噪比，从而实现高分辨率，其本质是牺牲带宽来提升分辨率，因此这并不适合测试高频信号。

一般来说8-bit、10-bit的示波器在高分辨率模式下可达12-bit，而12-bit的示波器在高分辨率模式下可达15/16-bit，所以大家在挑选的时候需要仔细浏览数据手册。

02  有效位数ENOB

虽然同为12-bit示波器，但是由于使用的硬件以及软件处理技术不同，各高分辨率示波器之间的水平还是存在参差的，而有效位数则是一个重要的比较项。

示波器的全部噪声源和误差源会降低有效位数，包括模数转换器的量化噪声、热噪声、散粒噪声以及放大器失真等，所以有效位数这个指标通常要明显低于其垂直分辨率。

以下这张图片其实是一个12-bit示波器的ENOB测试结果图，可以看到大概在8.2-bit左右。一般来讲，一个12-bit高分辨率的数字示波器的有效位数大概在7至9位。

某些厂商可能会宣传其12位高分辨率数字示波器的有效位数高达9以上，这也是可能存在的，但这多是由于在测试有效位数的过程中打开了20MHz的带宽限制。

03  本底噪声

本底噪声， 主要来自于衰减器和前置放大器部分，这是任何电路和部件本身无法完全消除的。

示波器在放大信号时，会把前端衰减器的本底噪声一起进行放大，并且ADC在采样时也无法区分，也就是本底噪声会被当成为信号的一部分被我们去进行测量与分析。

而高分辨率示波器常被用来测试如脑电波、电源轨噪声等微小信号，若噪声过大会淹没实际测试信号，因此为了确保精确的信号测量结果，示波器必须具有很低的本底噪声。

举个简单的例子，对数字信号的实时眼图进行裕量测试时，眼高是必测参数之一，定义如下：

A为示波器眼图波形顶部的噪声标准偏差或均方根值，B为眼图波形底部的噪声标准偏差或均方根值，噪声的大小将影响眼高的大小，进而影响裕量测试的结果。

如果想自测本底噪声也比较简单，通道不接任何信号，调节垂直档位与水平时基（各大厂商对这两个值的标准可能不太一样），调整完成后打开测量参数中的标准差即可。

04  直流增益精度

直流增益精度以及直流偏移精度，这两个值都是用来描述示波器垂直方向上幅值测量值与理想情况的误差范围，因此会影响到测量结果的准确度。

鼎阳的12-bit高分辨率示波器基本都是这个指标，增益精度在垂直档位小于4.95mV时为1.5%，大于5mV时为0.5%，也就是当垂直档位为1mv/div时，测量误差最大为0.012mV，垂直档位为1V/div时，测量误差最大仅0.004V， 基本可以忽略不计。

05  直流偏移精度

偏移精度的计算公式如图，影响值有垂直档位大小与直流偏置的设定值，各家的计算方式可能不大相同，但是基本上大同小异。

鼎阳的示波器影响偏移精度大小的因素有垂直档位大小及直流偏置的设定值。

06  通道隔离度

通道隔离度，指任意两通道间信号相互影响程度的程度。目前市面上大多数的台式示波器都是通道不隔离的，也就是共地的，因此通道与通道之间必然就会存在串扰。

通道隔离度在不同频点上大小不一样，数据手册上一般标的都是最差值。在测量通道隔离度时需要用到一个公式：

D=U_IS/U_IR

其中D表示隔离度实测值，U_IS表示干扰通道信号幅度有效值，U_IR表示被干扰通道信号幅度有效值。

在实际测量通道隔离度的时候，分为干扰通道与被干扰通道，干扰通道输入信号，而被干扰通道不接任何信号，通道隔离度越大，意味着通道之间串扰越小，测试结果也就越精准。

这里还想介绍一个功能，为了增加测量准确度，许多厂家都推出了一个功能，名字叫做ZOOM，可以解释为波形放大。

当即使调小水平时基或垂直档位后，波形仍然比较密集时，此时可以使用ZOOM功能继续放大波形观察细节，而且这时候再测得的结果会更准确。

不过虽然各大厂商都将这个功能取作ZOOM，但部分示波器仅能缩放水平方向，部分示波器则能缩放水平与垂直方向，比如鼎阳的示波器。

如何在数据手册寻找以上6要素

最后的最后，夹带一点私货，来找找鼎阳的这些要素在数据手册的哪里。

先来到官网，选择示波器型号，选择SDS3000X HD，点击手册下载，滑动来到参数规格部分。

可以看到增强分辨率显示最多可以增强4-bit，垂直分辨率为12-bit，也就是最多可以到达16-bit，有效位数ENOB为8.3~8.6-bit，本底噪声在全带宽下为125uV，也可以看到直流增益精度和偏移精度。

通道隔离度需要再往下滑，可以看到带宽不同，隔离度大小也不同。

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