盡量擴(kuò)大測量動態(tài)范圍

﹒通過計算平均值提高測量分辨率

﹒利用高分辨率采集提高測量分辨率

﹒使用交流耦合去除直流偏置

﹒使用示波器和探頭限制帶寬

﹒選擇優(yōu)化信號完整性的探測方法

﹒使用差分探頭進(jìn)行安全且精確的浮置測量

﹒不要選擇耦合輻射功率的探測附件

﹒選擇避開示波器最靈敏設(shè)置的探頭

1、通過計算平均值提高測量分辨率

在某些功率測量應(yīng)用中，您需要測量大動態(tài)范圍的值，同時還需要精細(xì)的分辨率，以測量參數(shù)的微小變化。除了借助高分辨率數(shù)字轉(zhuǎn)換器之外，您也可以使用其他采集方法來降低隨機(jī)噪聲并增加測量的有效動態(tài)范圍，例如求平均值法和高分辨率采集法。

求平均值法要求被測信號必須是重復(fù)信號。該算法對每段時間內(nèi)多次采集的點(diǎn)求平均值。

這樣可以降低隨機(jī)噪聲，為您提供更高的垂直分辨率。

垂直分辨率每增加一位，需要計算多少平均值？答案是每計算 4 個采樣平均值，便可將垂直分辨率增加 1 位。原理如下：

增加的位數(shù) = 0.5 log2 N

N = 計算平均值的采樣數(shù)

例如，對 16 個采樣求平均值，垂直分辨率將增加：

位數(shù) = 0.5 log2 16 = 2

因此，有效垂直分辨率為 8 + 2 = 10 位。

這種算法最高可將垂直分辨率提高到 12 位，因?yàn)樵倮^續(xù)下去，其他因數(shù)( 例如示波器的垂直增益或偏置精度) 將起到?jīng)Q定性作用。平均值模式的優(yōu)點(diǎn)是，對示波器的實(shí)時帶寬沒有任何限制。缺點(diǎn)是僅適用于重復(fù)信號，并且會降低波形更新速率。

▲圖1.正常采集模式下捕獲的開關(guān)電源 Vds

▲圖2.正常平均模式下捕獲的 Vds

2、利用高分辨率采集提高測量分辨率

降低噪聲的第 2 個方法是高分辨率模式，它不要求被測信號必須是重復(fù)信號。Keysight InfiniiVision 3000 X 系列等現(xiàn)代化示波器在正常采集模式下可提供 8 位垂直分辨率( 與大多數(shù)其他數(shù)字化示波器類似)。然而像平均模式一樣，高分辨率模式最高也只能達(dá)到12 位的垂直分辨率。

高分辨率模式是對同一次采集的連續(xù)點(diǎn)求平均值，而不是對某個時間段內(nèi)多次采集的點(diǎn)求平均值。在高分辨率模式中，您不能像在平均模式中那樣，直接控制平均值數(shù)量。垂直分辨率增加的位數(shù)由示波器的時間/ 格設(shè)置決定。

當(dāng)在較慢時基范圍狀態(tài)下工作時，示波器會連續(xù)過濾相繼的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并將過濾結(jié)果顯示到顯示屏上。增加屏幕上數(shù)據(jù)的存儲器深度，也會同時增加進(jìn)行平均值計算的點(diǎn)數(shù)。高分辨率模式下，掃描速度越快，在屏幕上捕獲的點(diǎn)數(shù)就越少，因此效果就越差。相反，掃描速度越慢，在屏幕上捕獲的點(diǎn)數(shù)就越多，效果也就越顯著。

3、使用交流耦合去除直流偏置

如果您正重點(diǎn)關(guān)注信號的紋波，可能不會注意到其直流偏置。一般情況下，紋波和噪聲與電源電壓相比是極小的。如果您使用示波器的動態(tài)范圍對這種偏置進(jìn)行定量測量，那么在遇到更微小的信號細(xì)節(jié)時，可能就無法進(jìn)行深入分析。將示波器的耦合設(shè)置為“交流”，可以從測量結(jié)果中去除直流偏置，從而最大限度提高測量的線性度和動態(tài)范圍。

▲圖3. 在高分辨率模式下捕獲的 Vds

4、使用示波器和探頭限制帶寬