7．示波器的高分辨率模式

前面介绍过，数字示波器的ADC的位数通常只有8bit或10bit，因此示波器本身的量化噪声是比较高的。特别是在小信号测量时，由于信号本身比噪声高不了多少，所以信噪比显得尤其差。图4.17是一个通信中常用的调幅波信号，信号频率并不高，但由于幅度较小，示波器的噪声叠加在上面显得信号没有那么清晰，即便想用光标进行测量也不容易卡准。

为了提高信噪比，最容易想到的方法是使用示波器的波形平均功能。通过多次采集，把多个波形叠加在一起做平均可以把示波器本身的噪声平均掉，但这只适用于重复性信号。如果信号不是重复性的，不同的信号波形叠加在一起做平均，信号自己就已经乱了，更不用说做测量了。

实际应用中有大量这样的非重复的小信号需要测量，例如一个上电脉冲，或传感器收到的信号，或电源的纹波等。由于不是重复性的，没法使用平均功能。那么对于这类信号怎么提高其测量的准确性呢？答案就是示波器的高分辨率模式。

所谓高分辨率模式，就是把示波器采集到的一个波形中的相邻的多个点做平均。大家应该注意到这与平均模式的区别：平均模式是把多个波形相同位置的点做平均，因此需要采集到多个相同的波形；高分辨率模式则是把一个波形中多个相邻的点做平均，本质上也是平均，但一个波形就够了，不需要多次采集。因此，高分辨率模式可以用于单次或非重复性信号的场合。图4.18就是对图4.17的调幅波信号使用高分辨率模式采集的结果。

通过设置高分辨率模式，可以看到示波器噪声的影响被消除掉很多，信号变得更加干净，测量也会更加准确。

图4.17 示波器测量到的调幅波信号波形

图4.18 高分辨率模式下示波器测量到的调幅波信号波形

需要注意的是，高分辨率模式并不是万能的，多个相邻采样点的平均本质上是一种信号的低通滤波，因此信号中的高频成分也会被平均掉。从图4.18左上角可以看到示波器被设置为高分辨率模式，右上角显示了在当前情况下的等效带宽。平均的点数越多，噪声滤除的效果越好，但是系统带宽就越低。平均点数和带宽因子间的关系如表4.1所示。

表4.1 平均点数和带宽因子间的关系

其中，N是平均的点数，Bandwidth Factor是系统做完高分辨率平均后实际等效带宽与理论Nyquist带宽的比值。例如系统采样率是40GHz, Nyquist带宽是20GHz。做20个点的平均后其等效采样率是2GHz，带宽因子是0.0222，则此时系统等效带宽是20GHz× 0.0222=444MHz。

从前面可以看到，高分辨率模式是以牺牲带宽为代价提高测量精度的。因此，高分辨率模式并不适用于高频信号的测量。对于高频小信号的测量，更多地还是依赖测量仪器硬件电路本身的底噪声指标。