示波器基礎(chǔ)系列之十七—— 增強(qiáng)分辨率（ERES）

I. 增強(qiáng)分辨率

增強(qiáng)分辨率函數(shù)應(yīng)用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，其與使用簡(jiǎn)單的平均濾波器平滑信號(hào)類(lèi)似，但帶寬效率更高，擁有更好的帶通特點(diǎn)。在平均連續(xù)曲線具有重要意義。 對(duì)于信號(hào)擁有單次特點(diǎn)(信號(hào)不能重復(fù)，或不能設(shè)置穩(wěn)定觸發(fā))而不能使用平均函數(shù)時(shí)，可以使用這一函數(shù)。

a. 增強(qiáng)分辨率的優(yōu)勢(shì)

增強(qiáng)分辨率(ERES)濾波改善了儀器具有兩個(gè)特點(diǎn)：

1. 在任何情況下，每個(gè)濾波器使用固定數(shù)量都會(huì)改善分辨率(即區(qū)分相距很近的電壓電平的能力)。不管信號(hào)是否有噪聲，是單次信號(hào)還是重復(fù)信號(hào)，這都可以有效提高分辨率。

2. 可以改善信噪比(SNR)，具體取決于原始信號(hào)中的噪聲形式，因?yàn)樵鰪?qiáng)分辨率濾波會(huì)降低信號(hào)帶寬，進(jìn)而濾除部分噪聲。

b.力科示波器中的增強(qiáng)分辨率

力科DSO實(shí)現(xiàn)了一套線性相位有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，這些濾波器是為提供快速計(jì)算、完美的階躍響應(yīng)、及以0.5位步長(zhǎng)在0.5-3位之間改 善分辨率、同時(shí)使帶寬下降最小而優(yōu)化的。每個(gè)0.5位步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)兩倍的帶寬下降，可以簡(jiǎn)便地控制帶寬/分辨率之間的矛盾。下表是這些示波器中提供的六種濾波 器的參數(shù)。

使用的濾波器是低通濾波器，因此在具體情況下SNR的實(shí)際提高程度取決于信號(hào)上存在的噪聲的功率譜密度。如果信號(hào)中的噪聲是白噪聲，即均勻分布在頻 譜中，濾波器改善SNR的程度與其改善分辨率的程度相同。如果噪聲功率偏向高頻，那么SNR改善程度將好于分辨率改善程度。如果噪聲主要分布在較低的頻率 上，那么SNR改善程度可能會(huì)低于分辨率改善程度。由于去掉相干噪聲信號(hào)而改善SNR的程度(如時(shí)鐘信號(hào)饋通)取決于信號(hào)是否位于濾波器的傳輸頻帶中。通 過(guò)使用數(shù)字示波器的頻譜分析選項(xiàng)，可以簡(jiǎn)便地導(dǎo)出結(jié)果。

增強(qiáng)分辨率對(duì)話框(參見(jiàn)圖1)可以協(xié)助用戶為具體應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)臑V波器，表明ERES濾波器的-3 dB帶寬是與當(dāng)前波形的當(dāng)前時(shí)基設(shè)置對(duì)應(yīng)的實(shí)際頻率。

增強(qiáng)分辨率函數(shù)使用的濾波器擁有完全線性相位響應(yīng)，它有兩個(gè)所需的屬性：第一，濾波器不會(huì)使波形中不同事件的相對(duì)位置失真，即使事件的頻率成分不同。第二，在計(jì)算濾波的波形過(guò)程中，可以完全補(bǔ)償與濾波有關(guān)的正常延遲(輸入波形和輸出波形之間)。

II. 什么時(shí)候應(yīng)該使用增強(qiáng)分辨率？

特別適合增強(qiáng)分辨率的主要情況有兩種：第一，如果信號(hào)的噪聲明顯很高(且不要求測(cè)量噪聲)，那么可以使用增強(qiáng)分辨率函數(shù)“清除”信號(hào)。第二，即使信號(hào)噪聲不太高，但要求對(duì)波形進(jìn)行高精度測(cè)量(可能在高垂直增益的情況下使用縮放)，那么增強(qiáng)分辨率將提高測(cè)量的分辨率。

從整體上看，在數(shù)據(jù)記錄具有單次特點(diǎn)或低速重復(fù)特點(diǎn)、不能使用平均函數(shù)的情況下，增強(qiáng)分辨率可以代替平均函數(shù)。

下面的實(shí)例介紹了在這些情況下使用增強(qiáng)分辨率函數(shù)。

III. 濾除噪聲

圖2顯示了增強(qiáng)分辨率對(duì)有噪聲的信號(hào)的影響，上圖顯示的是帶有噪聲的阻尼正弦曲線。下圖顯示了在3位分辨率增強(qiáng)后的同一信號(hào)。現(xiàn)在可以清楚地看到較 低電平的振蕩，可以對(duì)感興趣的信號(hào)進(jìn)行頻率、幅度或周期等測(cè)量。在頻域中查看的同一信號(hào)顯示了增強(qiáng)分辨率函數(shù)的低通濾波影響。圖3顯示了圖2中的信號(hào)的功 率譜。上面的一對(duì)曲線顯示了輸入波形和沒(méi)有濾波的信號(hào)的頻譜，下面的一對(duì)曲線則顯示了3位分辨率增強(qiáng)后的信號(hào)和信號(hào)頻譜。3.0位增強(qiáng)濾波器擁有200 kHz的-3 dB帶寬。在超過(guò)這個(gè)頻率時(shí)，濾波器從信號(hào)中去掉能量。

圖4是增強(qiáng)分辨率的另一個(gè)工作視圖。我們考察了采集的正弦波及進(jìn)行3位增強(qiáng)分辨率處理后正弦波的直方圖。上面的直方圖表示通道2中的波形每個(gè)樣點(diǎn)的 電壓幅度。這是8位數(shù)據(jù)，在使用顯示的2000個(gè)二元組繪制直方圖時(shí)，由于8位數(shù)字化器的分辨率有限，顯示了象雞冠一樣的外觀。