测量示波器底噪的方法

仪器爱好者

信号完整性是示波器测量信号质量的主要衡量标准。 尤其当我们需要观测小信号或者大信号的微小变化时，其信号完整性显得更加至关重要。

在我们进行设计、调试时，信号完整性与否会极大影响我们的判断。示波器测量中可能会存在噪声-信号失真甚至信号丢失等影响信号完整性的因素。 优秀的示波器配合适当的设置可以更好地保持信号的完整性。信号完整性差的示波器很可能会增加我们开发周期时间、影响生产质量和导致误选元器组件的风险。 为了最大限度地降低这种风险，我们应该选择可以保持高信号完整性的示波器。

今天我们来看一下影响信号完整性的其中一个因素，示波器的底噪。示波器的底噪即示波器的本底噪声，一般指示波器在测量中与信号存在与否无关的一切干扰，主要是由示波器的衰减器，前端放大器以及模数转换器产生。示波器测量信号时，信号首先通过衰减器和前端放大器再由ADC模数转换器进行采样，该噪声会叠加在被测信号上成为信号的一部分，因此模数转换器也无法进行区分，理论上是没有办法消除的。



示波器的底噪测量只需简单的几步就可以做到，每个有示波器的人都可以快速地在几分钟内进行测量。

1.去除连接示波器的所有探头

2.确保示波器正常允许，其耦合方式设置为直流，采样方式为正常，带宽限制为全带宽

3.将示波器的通道衰减比设置为1X

4.示波器的垂直挡位设为最小，如下图是1mV/div


5.移动触发电平至零平线，使底噪稳定显示。

6.调节示波器的时基和存储深度，使得示波器处于最大采样率状态

7.打开示波器的测量项峰峰值即为示波器底噪，可以看到在1mV左右


我们也可以打开示波器的无限余晖和色温显示，以此来观察底噪的程度。波形的颜色越厚重，示波器内部产生的噪声就越多。我们也可以打开其他的通道单独观察，一般每个通道的底噪都是独有的，会有细微的差异，这都是正常的。调节示波器的垂直挡位会发现示波器的底噪也会发生变化，对于此有疑问的可以看下示波器的垂直分辨率相关的文章，就能了解导致这种现象的原因，因此测量示波器底噪务必要记得将垂直挡位调到灵敏度最高的挡位。



接下来我们通过设置来看看带宽、采样率、存储深度这示波器的三大指标对底噪的影响。

我们打开示波器的带宽限制，将其设置为20M，可以看到此时的底噪在500μV左右。难道带宽越低的示波器底噪反而越小吗？由于噪声信号基本都是高频信号，当示波器带宽太低的时候，就无法捕捉到那些高频信号，因此就会显得底噪小。同样的，示波器的带宽越高，采集到的信号谐波分量越丰富，往往噪声也会越大。为了避免这种高带宽引入的干扰，有的示波器在高灵敏度垂直挡位下会自动进行带宽限制，以此使得测量出来的波形更加清晰。


我们知道示波器的采样率 = 存储深度 ÷ 波形记录时长，示波器采集的数据点越多，对波形的重构自然就越完整，因此低采样率肯定也会使得底噪的显示变低，当然低采样率也可能导致我们想要采集的信号失真，具体多少采样率足够，可以参考我们之前的文章：示波器测各种类型信号需要多大采样率实测

我们将示波器的存储深度调节为28K，此时的采样率为20MSa/s，可以看到底噪的峰峰值为683.8μV。


总结来说，示波器的带宽越高，采样率越高，往往底噪也会显示的越高，但这并不是说低带宽的示波器引入的噪声就小，而是有很大一部分信号没有被捕捉到而已。因此，我们在对示波器进行底噪比较的时候，要保证2个示波器的各项设置和参数一致，才具有比较的意义。