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示波器小信號測量的注意事項
2020-11-30
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隨著當代電池供電移動設備和電源產品變得越來越綠色且高能效，工程師迫切需要示波器提供高靈敏度的小信號測量解決方案。使用探測附件時的注意事項如果您測量電源或功率器件中的低紋波和低噪聲，有可能用到示波器最靈敏的或接近最靈敏的 V/格設置。首先，應嘗試使用像 1:1 探頭這樣衰減比較低的探頭，而不是使用儀器附帶的標準配置 10:1 無源探頭。若使用 10:1 探頭，不僅示波器的基線本底噪聲會以 10 倍增加，而且示波器的最小 V/格設置也會比使用 1:1 探頭時的情況大 10 倍。另一個關鍵技巧是，通過將探頭采集的殘余噪聲降至最低，就可以探測到隱藏的小信號。通用無源探頭在標準配置中通常提供 15 厘米長接地引線和掛鉤探針，這兩種附件可能會采集到目標信號或附近其他器件所產生的噪聲。反之，較小的探針、較短的接地連接，例如使用電路板上的 BNC 適配器或卡口式接地引線可以顯著減少探測到的噪聲，其原理是通過盡量減少連接的匝數，可降低電感負載。
使用通道 1 上的 N2873A 10:1 探頭 (黃色) 和通道 3 上的 N2870A 1:1 探頭 (藍色)
測量 2 mVpp 100 kHz 正弦波
較小的探針、較短的接地連接可以減少噪聲拾取和電感負載提高分辨率并降低隨機噪聲當您測量大動態范圍中的小信號時，您所需的測量分辨率應高于傳統數字示波器提供的 8 位測量分辨率。除了使用高分辨率數字轉換器或其他測量儀器之外，也可以使用示波器的內置高分辨率模式或平均值模式來提高測量分辨率，降低隨機噪聲。每種采集模式都有其優點和缺點，視不同情況而定。平均值采集模式適用于符合下列條件的測量場景:
￣ 要求示波器的最大帶寬
￣ 信號是重復的
￣ 不需要深存儲器
￣ 要求控制平均值數量
高分辨率采集模式適用于符合下列條件的測量場景:
￣ 不要求示波器提供最大帶寬，也不需要采樣率相對于帶寬較
大的示波器
￣ 必須通過單次觸發來捕獲信號
￣ 要求使用深存儲以捕獲更長時間的信號
正確地配置示波器有助于改進測量
如果您正重點研究輸入信號中的交流分量，可能并不關心其直流偏置。因此，您可以將示波器的耦合設置為交流模式，從輸入波形中去除直流偏置。如果信號輸出中的交流分量與直流偏置 (5 V 或 12 V) 相比是極的，那么您需要將示波器設置為直流耦合模式，并通過探頭提供直流偏置。像 Keysight InfiniiMax 以及 N2750A InfiniiMode 這樣的有源探頭提供了寬泛的偏置范圍，可以抵消輸入信號中的直流偏置，可讓動態范圍得到更有效的利用。
不要忘了示波器還提供了帶寬限制和低通濾波功能，使帶寬得到更合理有效的利用。大多數示波器都內置了 20 MHz LPF 電路，通過把示波器的帶寬限制在合理范圍，您就能進一步地降低輸入信號中的高頻噪聲對測量的影響。弱電流測量是德科技獨有的測量解決方案針對寬動態范圍和高靈敏度的測量設計，能夠滿足當前棘手的電流測量需求。N2820A/21A 交流/直流探頭具有業界最高的靈敏度，可覆蓋最低 50 uA 至最高 5 A的電流范圍。N2820A 雙通道高靈敏度電流探頭內置兩個具有不同增益的并聯差分放大器。低增益放大器使您可以查看波形的全貌 (或“縮小”波形視圖)，而高增益放大器提供“放大”視圖，使您可以查看極其微小的電流波動，例如移動設備的空閑狀態。N2820A/21A 電流探頭是測量被測器件中微弱電流的理想選擇，可用于表征子電路，允許您查看寬動態范圍的電流波形中的大信號及細節。N2820A/21A 電流探頭可兼容 InfiniiVision 3000X、4000X 和 Infiniium 9000 系列示波器。
