改善数字荧光示波器垂直分辨率的N个方法（下）

由于DAC在输出上没有低通重建滤波器，因此信号预计将显示离散的电压步进。但是，信号上的噪声会掩盖这些步进。

图6显示了64个波形的平均结果，对非常长的记录来说，这个过程耗时非常长。和预计的一样，随机噪声明显衰减，DAC的离散电压步进开始显现。此外，由于采样率非常高，其保持了全部测量带宽。但是，由于步进信号与触发信号不相关，因此平均算法还消除了被平均的画面中的步进信号。

图7显示了单次HiRes采集类似的降噪结果。但是，由于这是一种单次处理技术，因此保留了低频步进信号。此外，通过采用HiRes采集模式，垂直分辨率已经被提高到大约12位，测量带宽已经被降低到大约22 MHz。

图8. 40 MHz数字时钟在采样模式下的频谱，其中随机基线噪声和其它信号使显示画面变得非常复杂。




图9. 40 MHz数字时钟在平均64个波形基础上得到的频谱，显示的谐波清楚程度大大提高。

测量40 MHz时钟频谱
第二种应用是分析40 MHz数字信号的频谱。数字信号在信号边沿的时间位置传送大部分信息(在越过一个门限时测量)，而不是在信号幅度中。波形平均在从这类连续信号去掉随机噪声中非常高效。

频谱分析可以非常灵敏地测量平均操作降低的噪声，这在一定程度上基于其对数垂直标度。注意图8和图9中的垂直标度是10 dB/div。

在图9中可以看到，基础谐波和奇数谐波的幅度保持相当恒定，但平均操作把基线噪声降低了10-20 dB，另外还降低了许多其它成分，可以更简便地识别时钟的谐波和其它干扰信号。

图10.高分辨率斜波信号放大后的画面，显示了由于8位ADC中的分辨率有限而导致的数字化噪声。


图11.同一高分辨率斜波信号在大量平均基础上放大后的画面，显示了垂直分辨率明显提高。


检验DAC分辨率
第三个实例中的方法使用高分辨率DAC或本例中的AWG7000任意波形发生器改善实际垂直分辨率。图10显示了10位垂直分辨率时斜波信号放大后的画面。尽管在屏幕下方部分可以看到多个离散的8位步进，但信号中有足够的噪声，导致偶尔的±1位误差。在这个8位分辨率下，这些误差明显要大于斜波信号上的10位步进。

图11显示了波形平均可望实现的明显改善。在本例中，各个10位步进从数字化噪声中清楚地出现，演示了在波形平均这种信号处理技术帮助下，8位ADC至少能够提供10位的垂直分辨率。

总结
本技术简介说明了泰克数字示波器中高分辨率波形采集使用的基本测量和信号处理技术，使用部分简单的实例说明了这些技术的优势。了解这些优势和影响可以更简便地选择及成功运用泰克示波器和探头解决方案，更好地进行高分辨率测量。