示波器測量“準”與“不準”的問題

　　當波形捕獲出來后很多工程師覺得波形占屏幕2格就可以很清晰了，沒必要將波形調到鋪滿屏幕格子去看。其實這是一個誤區，今天我們就來看看為什么要讓波形鋪滿示波器屏幕的格子。

　　2格顯示和盡量滿格顯示最明顯的就是，波形被“拉長”了，也就是垂直檔位變小了，而垂直檔位的變化直接影響了垂直測量的準確性。這其中最重要就是示波器8位ADC與垂直量測量的關系。

　　圖1 尺子測量

　　就比如用1米尺子和用10厘米的尺子去量1.6cm的物件，米尺可能量出來的就是2cm，或很難去估算，而10厘米的尺子量出來的就是1.6cm。最小單位越小測量就越精確，如米尺，直尺，千分尺……

　　垂直檔位的變化到底如何影響測量的準確度呢?

　　1、垂直分辨率對垂直測量的影響

　　一般數字示波器采用的都是8位ADC，對任何一個波形值都是用256個0和1來重組。假設示波器垂直方向滿量程為8格，對應量化級數256。在垂直檔位為500mV/div的情況下，垂直精度為(500mV*8)/256=15.625 mV。測量同一個信號，在垂直檔位為50mV/div的情況下，即(50mV*8)/256=1.5625 mV，垂直精度就達到了1.5625 mV。

　　圖 2 測量精度

　　為了盡量使測量準確，可進行以下操作：

　　使測試信號幅值盡量占到屏幕6div左右。例如一個峰峰值為7Vpp的正弦波，垂直檔位應設為1V/div，而不是2V/div或5V/div。實際上，這涉及到一個電壓分辨率的問題， ZDS2024 plus示波器ADC的量化分辨率25LSB/div。例如在1V/div電壓下，電壓分辨率為1V/25=40mv，而當10V/div時，電壓分辨率為10V/25=400mv。可知在1V/div下，測量值有更高的分辨率，測量值更準確。

　　2、實例應用

　　使用信號發生器產生一個峰峰值為6Vpp的正弦波信號輸入ZDS2024 Plus示波器中進行測量，捕獲到波形后對波形進行峰峰值測量，如下圖3和圖4所示。

　　圖 3 5V/div檔位下

　　圖4 1V/div檔位下

　　1V/div檔位下，量化分辨率為40mv，5V/div檔位下，量化分辨率為200mv，在測量時可能會相差1~2個分辨率的誤差。

　　當波形占屏幕1.5格時，所測的峰峰值為6.20V，相差1個分辨率，相對6V的峰峰值誤差為3.3%。

　　當波形占屏幕6格時，所測的峰峰值為6.08V，相差2個分辨率，相對6V的峰峰值誤差為1.3%。

　　擴展： 6.12V和6.20V的測量值是否在誤差允許范圍內呢?

　　垂直測量誤差允許范圍如表1所示。

　　表1 垂直測量誤差范圍列表

　　(1)垂直檔位為1V/div，測量值為6.08V條件下允許的誤差：

　　由于上述測量中垂直偏移為0，所以直流偏移準確度為±0.1div±2mv±2%*0=12mv;直流增益精度為2%*(1V*8)=0.16V，所以在1V/div檔位下允許誤差為0.172V。0.172V>0.08V，所以測量值在誤差允許范圍內。

　　(2)垂直檔位為5V/div，測量值為6.20V條件下允許的誤差：

　　由于上述測量中垂直偏移為0，所以直流偏移準確度為±0.1div±2mv±2%*0=12mv;直流增益精度為2%*(5V*8)=0.8V，所以在5V/div檔位下允許誤差為0.812V。0.812V>0.2V，所以測量值在誤差允許范圍內。

　　綜上所述，當波形盡量占屏幕時，即垂直檔位越小，垂直分辨率就越高，測量越準確，你趕緊試試吧。