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高分辨率示波器DSO

时间:2021-10-13 来源:

介绍自1991年以来,Pico Technology在PC示波器的开发中发挥了先锋作用。这些紧凑型设备以及传统的全尺寸数字存储示波器(DSO)占据了当今销售的大多数示波器。所有这些仪器背后的驱动力都是数字电子产品。随着数字电路中时钟速度的增加,制造商通过设计具有更快采样率和更高带宽的示波器来做出响应。遗憾的是,模拟设计人员一直处于落后状态:追求更高的速度一直是以动态性能和分辨率为代价的。为了给模拟设计人员提供他们需要的工具,我们设计了PicoScope 高分辨率和灵活分辨率的示波器。


什么是'精确'DSO?示波器的精度取决于其分辨率和精度。以下是一些可用决议的特点:对于大多数示波器而言,精度并不重要。您可以在几个百分点内进行测量(大多数DSO引用3%至5%的DC精度),但为了获得准确的测量结果,您必须达到万用表。但是,使用精密示波器,可以全速进行精确测量。大多数手持式仪表具有12位分辨率(相当于3½位),而16位示波器的分辨率相当于4½位台式仪表。除了分辨率和准确度,噪音也是一个问题。构成传统DSO前端的放大器设计为具有高带宽,但低噪声不是优先考虑的因素。16位示波器的设计者工作更加艰巨,只有0.0015%的噪声足以屏蔽最低有效位。Pico Technology在构建高分辨率示波器方面拥有20多年的经验。与一些只有8位示波器和替代ADC的竞争设计不同,PicoScopes从头开始设计,以实现低噪声和低失真。我们的12位或16位示波器之一的额外分辨率可显着提高DC精度,动态范围和信噪比。

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测试1:低成本信号发生器
下图显示了典型的8位,12位和16位PicoScope示波器的时域和频域显示。信号源是运行FuncGen应用程序的Android智能手机,设置为生成250 Hz正弦波,最大振幅约为170 mV。8位示波器示例像PicoScope 2205这样的8位示波器可以提供足够好的波形视觉表示,如图1所示。可以合理精确地测量波的频率和幅度。然而,放大64倍(图2)显示了8位分辨率的局限性。图3显示了信号的频谱分析图(FFT)。250 Hz处的峰值是输入信号的基频。SFDR(标尺之间的差值显示)约为68 dB。本底噪声掩盖了输入信号的真实特征。image.pngimage.pngimage.png12位示波器示例使用PicoScope 4423 12位示波器捕获的相同信号在正常示波器视图中看起来相同。x64视图现在没有显示数字化步骤,但是使用12位分辨率,我们可以看到8位范围内不可见的噪声。频谱分析仪显示SFDR约为72 dB,第二(500 Hz)和第三(750 Hz)谐波的失真峰值只是可见。image.pngimage.pngimage.png16位示波器示例使用16位PicoScope 4262示波器,x64轨迹更清晰,但当然信号源产生的噪声仍然可见。(图8中的插图显示了PicoScope应用的10 kHz数字滤波器的效果。)频谱视图显示了与12位示波器相同的谐波杂散和SFDR,表明失真是由信号源而非范围引起的。image.pngimage.pngimage.png

频谱分析仪设置频率范围:0到1 kHz频谱箱:≥8k显示模式:平均窗口功能:布莱克曼 - 哈里斯

测试2:低失真信号发生器在这次测试中,我们用PicoScope 4262的内置低失真信号发生器取代了低成本信号发生器。这使我们能够展示PicoScope 4262前端极低失真的优势。设定发电机产生10千赫的正弦波,振幅为990毫伏。8位示波器示例与之前的测试一样,8位示波器足以查看波形的整体形状(图10),但在显示器放大64倍时显示出其局限性(图11)。FFT频谱分析仪图(图12)显示了10 kHz基波。如果信号中有任何其他分量,它们会被噪声基底屏蔽,大约低于峰值70 dB。1634203740(1).png1634203773(1).pngimage.png12位示波器示例使用PicoScope 4423 12位示波器捕获的相同信号在正常示波器视图中看起来相同。x64视图看起来更干净,噪音很小,数字化步骤只是可见。在频谱视图中,噪声基底现在足够低,以显示一些谐波和其他杂散信号达到10 kHz峰值以下约76 dB。在这个阶段,我们不知道这些是由于范围还是信号发生器。image.pngimage.pngimage.png16位示波器示例

使用16位PicoScope 4262示波器,x64轨迹平滑无噪音,没有数字化引起的失真迹象。频谱曲线显示SFDR约为96 dB,噪声基底比12位示波器低得多。失真峰值比12位示波器低20 dB,表明在前一次测试中看到的大部分失真是由于12位示波器的限制而不是信号发生器。image.pngimage.pngimage.png

频谱分析仪设置上面的频谱分析器视图是尽可能使用以下设置创建的:频率范围:0至50 kHz频谱箱:≥8k显示模式:平均窗口功能:布莱克曼 - 哈里斯选择合适数量的频谱仓以将FFT本底噪声置于每个示波器的感兴趣信号之下。




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