示波器底噪聲和帶寬的關(guān)系--示波器的射頻指標連載（1）
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但是在使用示波器做射頻信號測試時，我們不能不對其精度和性能有一定的顧慮。因為實時示波器雖然采樣率很高，但是由于普遍采用8bit的ADC，所以其量化誤差和底噪聲較大。而且傳統(tǒng)示波器只會給出其帶寬、采樣率、存儲深度等指標，可供參考的頻域方面的性能指標較少。因此，下面我們將通過一些實際的測試和分析，來認識一下示波器的射頻性能指標。
底噪聲（Noise Floor）
底噪聲是測量儀器非常重要的一個指標，它會影響到測量結(jié)果的信噪比以及測量小信號的能力。傳統(tǒng)上會認為示波器的底噪聲較高，因此不適用于小信號測量，其實并不完全是這樣，最主要原因在于不同儀器對底噪聲的定義方式不一樣。
底噪聲的主要來源是熱噪聲以及前端放大器增加的噪聲，這兩部分噪聲通常是和帶寬近似成正比的。比如熱噪聲的計算公式如下，噪聲功率和帶寬是線性的關(guān)系。
示波器作為一臺寬帶測量儀器，其底噪聲指標給出的是全帶寬范圍內(nèi)噪聲的總和，而且也近似和帶寬成正比。
比如在下圖左邊是Keysight公司S系列示波器手冊里給出的底噪聲指標。在50mv/div的量程下，4GHz帶寬的示波器S-404的底噪聲為768uVrms，近似是1GHz帶寬的示波器S-104在相同量程下底噪聲456uVrms的2倍。由于功率是電壓的平方，所以4GHz示波器的底噪聲的功率是相同條件下1GHz示波器底噪聲功率的4倍，和帶寬的倍數(shù)正好相當。
正是由于底噪聲和帶寬近似成正比，所以寬帶示波器的底噪聲會比窄帶的大。為了公平，我們可以把示波器在不同量程下的底噪聲歸一化到每單位Hz進行比較，而這也正是頻譜儀等射頻儀器里對其底噪聲DANL（Displayed average noise level）的描述方法。
比如在每格50mv量程下，示波器的滿量程是8格相當于400mV，對應(yīng)于-4dBm的滿量程，對于8GHz的S-804A示波器來說，其8GHz帶寬范圍內(nèi)總的底噪聲是1.4mVrms，相當于-44dBm，歸一化到每單位Hz的底噪聲就相當于-143dBm/Hz。而在更小的量程下，S系列示波器的底噪聲可以達到-158dBm/Hz，這個指標已經(jīng)好于絕大多數(shù)市面上頻譜儀不打開前置放大器的情況。即使在打開前置放大器的情況下，很多頻譜儀的DANL指標也僅僅比S系列示波器好幾個dB而已。
下圖是一個S系列8GHz帶寬示波器在最小量程下底噪聲的實測結(jié)果。中心頻點1GHz，Span=20MHz，除了在1GHz頻點有很小的雜散以外，其在RBW=10KHz下的底噪聲約為-120dBm，相當于約-160dBm/Hz。
因此，歸一化到每單位Hz后，示波器的底噪已經(jīng)優(yōu)于絕大多數(shù)頻譜儀在不打開前置放大器時的指標，這個指標還是相當不錯的。
由于噪聲是和帶寬成正比的，所以如果信號帶寬只集中在某一個頻段范圍內(nèi)，就可以通過相應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)來濾除不必要的帶外噪聲以提高信噪比，比如很多示波器里的數(shù)字帶寬調(diào)整功能就是一種降低示波器自身底噪聲的方法。
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