7．示波器的高分辨率模式

前面介紹過，數字示波器的ADC的位數通常只有8bit或10bit，因此示波器本身的量化噪聲是比較高的。特別是在小信號測量時，由于信號本身比噪聲高不了多少，所以信噪比顯得尤其差。圖4.17是一個通信中常用的調幅波信號，信號頻率并不高，但由于幅度較小，示波器的噪聲疊加在上面顯得信號沒有那么清晰，即便想用光標進行測量也不容易卡準。

為了提高信噪比，最容易想到的方法是使用示波器的波形平均功能。通過多次采集，把多個波形疊加在一起做平均可以把示波器本身的噪聲平均掉，但這只適用于重復性信號。如果信號不是重復性的，不同的信號波形疊加在一起做平均，信號自己就已經亂了，更不用說做測量了。

實際應用中有大量這樣的非重復的小信號需要測量，例如一個上電脈沖，或傳感器收到的信號，或電源的紋波等。由于不是重復性的，沒法使用平均功能。那么對于這類信號怎么提高其測量的準確性呢？答案就是示波器的高分辨率模式。

所謂高分辨率模式，就是把示波器采集到的一個波形中的相鄰的多個點做平均。大家應該注意到這與平均模式的區別：平均模式是把多個波形相同位置的點做平均，因此需要采集到多個相同的波形；高分辨率模式則是把一個波形中多個相鄰的點做平均，本質上也是平均，但一個波形就夠了，不需要多次采集。因此，高分辨率模式可以用于單次或非重復性信號的場合。圖4.18就是對圖4.17的調幅波信號使用高分辨率模式采集的結果。

通過設置高分辨率模式，可以看到示波器噪聲的影響被消除掉很多，信號變得更加干凈，測量也會更加準確。

圖4.17 示波器測量到的調幅波信號波形

圖4.18 高分辨率模式下示波器測量到的調幅波信號波形

需要注意的是，高分辨率模式并不是萬能的，多個相鄰采樣點的平均本質上是一種信號的低通濾波，因此信號中的高頻成分也會被平均掉。從圖4.18左上角可以看到示波器被設置為高分辨率模式，右上角顯示了在當前情況下的等效帶寬。平均的點數越多，噪聲濾除的效果越好，但是系統帶寬就越低。平均點數和帶寬因子間的關系如表4.1所示。

表4.1 平均點數和帶寬因子間的關系

其中，N是平均的點數，Bandwidth Factor是系統做完高分辨率平均后實際等效帶寬與理論Nyquist帶寬的比值。例如系統采樣率是40GHz, Nyquist帶寬是20GHz。做20個點的平均后其等效采樣率是2GHz，帶寬因子是0.0222，則此時系統等效帶寬是20GHz× 0.0222=444MHz。

從前面可以看到，高分辨率模式是以犧牲帶寬為代價提高測量精度的。因此，高分辨率模式并不適用于高頻信號的測量。對于高頻小信號的測量，更多地還是依賴測量儀器硬件電路本身的底噪聲指標。