導言：對於數字示波器
，工程師極少談及它的分辨率，談得更多的是帶寬、采樣率等指標。其實，示波器也有分辨率
，更準確地說是垂直分辨率，也就是模數轉化器（ADC）的量化位數。ADC位數不僅對垂直分辨率有大的影響，而且還和示波器本身的噪聲和失真水平有關。

談及分辨率，人們最容易想到的是圖像分辨率。買電視、顯示器
、數碼相機、打印機的時候都會考慮這個指標，一般用水平和垂直方向的像素點個數，或者DPI（Dots Per Inch）來表示。顯然高分辨率圖像更能清楚展示細節。而對於數字示波器，工程師極少談及它的分辨率，談得更多的是帶寬、采樣率等指標。示波器也有分辨率，更準確地說是垂直分辨率
，也就是模數轉化器（ADC）的量化位數。一般各個廠家生產的實時示波器ADC位數都為8bit
，故而極少提及垂直分辨率.

實時示波器由於采樣率高
，ADC位wei數shu很hen難nan提ti高gao。在zai需xu要yao高gao分fen辨bian率lv測ce量liang的de場chang合he經jing常chang由you低di采cai樣yang率lv的de數shu據ju采cai集ji卡ka來lai實shi現xian。為wei滿man足zu高gao分fen辨bian率lv的de測ce試shi需xu求qiu，美mei國guo力li科ke公gong司si研yan發fa了le新xin型xing實shi時shi示shi波bo器qiWaveRunner HRO 6Zi
，簡稱HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位數到達12bit

，同時具備較高的采樣率 - 2GS/s。存儲深度（記錄長度）可以到達每通道256M采樣點。HRO示波器高分辨率
、高采樣率和長存儲特性使其在多數測試場合中都能替代數據采集卡。當然，它也具備示波器擅長的測量、分析和調試功能，易用性更好。

ADC位數對垂直分辨率有多大影響
？我們來看下圖
，這是用8bit示波器和12bit示波器分別對同一個信號采集後，對其中部分波形放大顯示的結果。

         

可以看出8bit示波器采集的波形出現台階狀現象，這是因為信號的微小變化和ADC量化誤差相當，信號的微小變化淹沒在了量化噪聲中。可能很多工程師使用示波器時並沒有注意到這個現象。好比兩台尺寸相同
、分辨率不一樣的電視機，站在5米外觀看可能看不出差別，靠近了觀察就能發現低分辨率電視機的像素點更粗
、馬賽克現象更明顯。那麼把示波器捕獲的信號放大、觀察細節
，也就有類似的效果。

垂(chui)直(zhi)分(fen)辨(bian)率(lv)還(hai)和(he)示(shi)波(bo)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)噪(zao)聲(sheng)和(he)失(shi)真(zhen)水(shui)平(ping)有(you)關(guan)。打(da)個(ge)比(bi)方(fang)，一(yi)台(tai)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)電(dian)視(shi)機(ji)
，如(ru)果(guo)它(ta)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)噪(zao)聲(sheng)很(hen)大(da)
，導(dao)致(zhi)屏(ping)幕(mu)出(chu)現(xian)很(hen)多(duo)雪(xue)花(hua)點(dian)。即(ji)便(bian)是(shi)高(gao)清(qing)片(pian)源(yuan)也(ye)會(hui)被(bei)這(zhe)些(xie)雪(xue)花(hua)點(dian)給(gei)模(mo)糊(hu)了(le)。同(tong)樣(yang)道(dao)理(li)
，示(shi)波(bo)器(qi)ADC能夠分辨的最小電壓也可能淹沒在示波器的噪聲中。如何評估示波器的噪聲水平呢？有的示波器廠家喜歡用基底噪聲（noise floor）：示(shi)波(bo)器(qi)不(bu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)
，測(ce)量(liang)基(ji)線(xian)的(de)噪(zao)聲(sheng)大(da)小(xiao)。這(zhe)種(zhong)指(zhi)標(biao)隻(zhi)能(neng)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)。因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)人(ren)使(shi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)時(shi)不(bu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)。有(you)無(wu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)

，示(shi)波(bo)器(qi)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)可(ke)能(neng)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)。下(xia)麵(mian)兩(liang)圖(tu)是(shi)某(mou)示(shi)波(bo)器(qi)沒(mei)有(you)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)和(he)輸(shu)入(ru)一(yi)個(ge)高(gao)信(xin)噪(zao)比(bi)的(de)5GHz正弦波的對比圖，並分別對時域波形做FFT
，觀(guan)察(cha)頻(pin)域(yu)。在(zai)沒(mei)有(you)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)時(shi)，頻(pin)域(yu)噪(zao)底(di)比(bi)較(jiao)平(ping)坦(tan)

，而(er)輸(shu)入(ru)正(zheng)弦(xian)波(bo)後(hou)，除(chu)了(le)信(xin)號(hao)基(ji)頻(pin)和(he)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)以(yi)外(wai)，出(chu)現(xian)不(bu)少(shao)雜(za)散(san)，而(er)且(qie)噪(zao)底(di)的(de)形(xing)狀(zhuang)也(ye)不(bu)再(zai)平(ping)坦(tan)。因(yin)此(ci)基(ji)線(xian)噪(zao)聲(sheng)不(bu)是(shi)評(ping)估(gu)示(shi)波(bo)器(qi)噪(zao)聲(sheng)水(shui)平(ping)的(de)合(he)理(li)指(zhi)標(biao)。

              
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更科學的指標是信號與噪聲失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio ，SINAD），以及有效位數（Effective Number Of Bits，ENOB）。SINAD的測量需要輸入一定頻率一定幅度的高信噪比正弦波給示波器
，計算信號功率和噪聲失真功率之比。ENOB在數學上可以通過SINAD計算得到。SINAD、ENOB與輸入信號頻率、幅度的大小以及示波器的工作狀態都有關
，更詳細的說明請參考：http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf

力科HRO不僅ADC位數比其他實時示波器高
，也有極低的噪聲水平。典型的信噪比為55dB。而8bit示波器一般隻有35～40dB。下圖是將一個多諧波信號分別輸入到8bit和12bit示波器
，轉化到頻域觀察。兩者頻域的垂直刻度和基準都一樣，可以看出
，12bit示波器的頻域噪底比8bit示波器低大約10dB

       

        

我們來看一個實際的測試案例：需要對某開關電源產品中的功率MOS管進行分析。其中有一個測試項是MOS管導通損耗。分別用電壓和電流探頭測量漏源電壓Vds與漏極電流Ids

，在示波器上將兩個波形相乘得到功率波形，導通期間的功率就是導通損耗。由於在導通期間，Vds與Ids的值都很小，和8bit示波器的量化誤差相當。可以將Vds波形導通時的波形放大觀察，也會出現前文提到的台階狀現象：




而HRO的高分辨率特性使這種誤差大大減小。通過對比測試，8bit示波器測量的導通損耗是1.5W
，HRO測量的導通損耗是688mW ：
       

    

使用低分辨率示波器的工程師，也許花費很多精力物力去降低導通損耗
，殊不知測量結果主要是量化誤差。

總結：
力科HRO示波器的高分辨率特性，使其特別適合測量和分析微小變化的信號，如高精度傳感器和執行器；心電
、腦電等微弱生理信號
；電源噪聲和紋波
；無線中頻信號等。