盡量擴大測量動態(tài)范圍

1)通過計算平均值提高測量分辨率

2)使用高分辨率采集提高測量分辨率

3)使用交流耦合去除直流偏置

4)使用示波器和探頭限制帶寬

在探測中優(yōu)化信號完整性     

5)使用差分探頭進行安全,、精確的浮置測量

6)避免探測耦合了輻射功率的附件

選擇避開示波器最靈敏設(shè)置的探頭

第 1 個秘訣

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,，同時還需要細致地調(diào)整分辨率,，以測量參數(shù)的微小變化,。除了使用高分辨率數(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噪聲,，增加測量的有效動態(tài)范圍,。例如求平均值和高分辨率采集。

求平均值要求測量的是重復(fù)信號,。該算法對跨越多次采集的各時間段內(nèi)的點求平均值,。這樣可以降低隨機噪聲，為您提供更卓越的垂直分辨率,。

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 個樣本平均值,，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 = 計算平均值的樣本數(shù)

·       例如，對 16 個樣本求平均值,，垂直分辨率將增加：

·       位數(shù) = 0.5 log2 16 = 2

·       因此,，有效的垂直分辨率為 8 + 2 = 10 位。

這種算法在垂直分辨率為 12 位時效果最好,，因為再繼續(xù)增加下去,，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。平均模式的優(yōu)點是,，它對示波器的實時帶寬沒有任何限制,。缺點是它要求使用重復(fù)性信號，并會降低波形更新速率,。

圖 1：在正常采集模式下捕獲的開關(guān)電源的 Vds

在正常平均模式下捕獲的 Vds

第 2 個秘訣

使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,，它不需要使用重復(fù)信號。Agilent 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)字化儀類似）,。然而與平均模式一樣,，高分辨率模式也只能達到 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)點求平均值,，而不是對某個時間段內(nèi)多次采集的點求平均值,。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,。垂直分辨率位數(shù)的增加由示波器的時間/格設(shè)置決定。

當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,，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,，也會同時增加進行平均值計算的點數(shù),。高分辨率模式下,，掃描速度越快，在屏幕上捕獲的點數(shù)就越少,，因此效果就越差,。相反，掃描速度越慢,，在屏幕上捕獲的點數(shù)就越多,，效果也就越顯著。

第 3 個秘訣

使用交流耦合,，去除直流偏置

如果您正重點研究信號的紋波,，可能并不關(guān)心其直流偏置。通常,，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)范圍對這種偏置進行定量測量,，那么在遇到更微小的信號細節(jié)時,，可能無法進行深入分析。將示波器的耦合設(shè)置為“交流”,，將會從測量結(jié)果中去除直流偏置,，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

第 4 個秘訣

使用示波器和探頭限制帶寬

這種降低噪聲,、增加動態(tài)范圍的方法雖然簡單,，但常常被忽視。電源信號內(nèi)容與示波器的標稱帶寬相比往往低得多（kHz 至幾十 MHz 級別）,。多余的帶寬不會傳輸任何信號信息,，只會給測量帶來額外的噪聲。

大多數(shù)示波器使用專用的硬件濾波器來解決這個問題――通常是 20 至 25 MHz 低通濾波器,。硬件濾波器與軟件濾波器相比的一個優(yōu)勢是,，它不會影響示波器的更新速率。

另一種方法是使用探頭來限制帶寬,。測量鏈的帶寬受其“最弱一環(huán)”的限制,。500 MHz 示波器配備 10 MHz 探頭，其帶寬將會是 10 MHz,。安捷倫提供了多種無源,、有源的電流和差分探頭，總有一款探頭的帶寬會適合您的特殊測量,。

第 5 個秘訣

使用差分探頭進行安全,、精確的浮置測量示波器探頭上的接地引線通過 BNC 連接器的外殼連接到機箱。出于安全考慮,，示波器的機箱通過電源線的接地插頭連接到接地參考面,。示波器與電源的接地方式不同,，兩者之間可能產(chǎn)生沖突。許多令人感興趣的信號是以電勢而不是以接地作為參考的（浮置）,。電源設(shè)計人員采用各種方法來克服這一測量限制,。

最常用的方法是，通過削除電源線的防護接地插頭,，或在電源線路中使用隔離變壓器,，使示波器“浮置”（隔離）。T這種實踐方法非常危險,，因為它有可能在示波器機箱上形成高電壓,。此外，使用浮置示波器進行測量,，可能導(dǎo)致測量結(jié)果不精確,。

測量浮置電源信號的另一種方法是，使用兩個單端電壓探頭,，用通道 A 的測量結(jié)果減去通道 B 的測量結(jié)果,，即得到浮置電源信號。使用兩個輸入通道和探頭來測量感興趣的信號節(jié)點,。然后使用示波器上的波形數(shù)學(xué)功能,，讓兩個通道上的電信號相減，得到差分信號的跡線,。

這種方法相對安全一些,，因為示波器始終保持接地。然而當共模信號相對較小時,，測量會受到一定的限制,，因為此時使用的兩個探頭輸入通道之間的增益失配，共模抑制比較低,，大約不到 20 dB（10:1）,。

進行安全精確的浮置測量，最好使用差分探頭或差分放大器,。差分探頭提供較高的共模抑制比,，通常達到 80 dB 或 10,000:1 甚至更高，因此您可以測量大共模信號中隱藏的小差分信號,，實現(xiàn)適當?shù)臏y量精度和高靈敏度,。使用動態(tài)范圍和帶寬足夠滿足應(yīng)用需求的差分探頭，可進行安全和精確的浮置測量,。