為何高分辨率示波器成為主流發(fā)展趨勢？

　　一、當(dāng)前示波器的垂直分辨率是什么樣的？

　　1、無論我們手中的示波器是100MHz帶寬，還是1GHz帶寬，帶來的主要差異是對高速信號分析儀的能力。有高帶寬、高采樣率可以幫助一些分析高頻的模擬信號，也可以分析越來越快的數(shù)字信號。而示波器除了在水平時間軸上用更高帶寬與更大采樣率分析測試信號外，在垂直幅度上怎么分析測量信號的呢?答案是垂直分辨率，也就是ADC位數(shù)。我們調(diào)研了市場最常用的也是保有量非常大的500MHz帶寬的品牌示波器的垂直分辨率，如下表：

　　由上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，在最常見的8bit垂直分辨率下，垂直增益精度集中在±3%以內(nèi)，一般是垂直檔位越小，精度越差，測試小信號的誤差也越大。

　　2、我們一般選用示波器來測試電壓信號或者電流信號，在測高壓信號或者電流信號時需要外接高壓差分探頭或者電流探頭，高壓差分探頭和電流探頭的一般精度為±1%左右，示波器與探頭配合使用累計誤差將更加大。下圖是一個示波器進(jìn)行電源測試測量的典型場景。

　　3、示波器一般是用來測量顯示電壓或者電流變化趨勢的，也就是把不可見的信號采集并顯示出來，這本身也就是人們研發(fā)示波器的初衷，但是我們現(xiàn)在都將示波器做為一個綜合儀器來用，既想要波形，也想要精準(zhǔn)的測量，也要高端的分析功能。那么原有的這8bit的垂直分辨率就有些吃力了。

　　4、那為何各廠商不把垂直分辨率做高呢？我們都知道現(xiàn)在在用的主流示波器是數(shù)字示波器，也就是把前端經(jīng)過處理的模擬信號采樣量化，現(xiàn)代示波器的采樣率隨便就有幾個G點每秒，而每個點經(jīng)過ADC采樣產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，示波器就要專門的高速緩存及處理器處理這樣海量的數(shù)據(jù)，ADC既要單位時間內(nèi)采集更多的點，又要同一個時刻進(jìn)行更多位數(shù)的量化，就帶來了處理能力的巨大挑戰(zhàn)，由于近些年來信號的速度是越來越快，各個品牌儀器廠商就都優(yōu)先考慮帶寬與采樣點數(shù)來開發(fā)示波器，遂造成了8bitADC延續(xù)多年。現(xiàn)在諸多新的應(yīng)用中就遇到了瓶頸。

　　二、示波應(yīng)用中遇到的精度測試挑戰(zhàn)是？

　　示波器覆蓋更多的應(yīng)用場景的同時也對示波器測量精度本身提出了更多的挑戰(zhàn)。當(dāng)前新一代信息技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等行業(yè)，應(yīng)用更多的芯片、更多的傳感器、更多的電源能耗場景。比如芯片為了降低功耗并提高處理速度，就要降低電壓、降低電流、減少功耗，也需要更加精準(zhǔn)溫度的電源系統(tǒng)，而這些精準(zhǔn)的小信號就需要精準(zhǔn)的電壓、電流與功率測量。傳統(tǒng)的示波器的3%的DC垂直精度將不再滿足要求。

　　物聯(lián)網(wǎng)時代需要布置更多的傳感器，需要電池供電，也是更多的低能耗，大量的分布式覆蓋。這些應(yīng)用場景都需要分析更小的電壓與電流信號，原有的8bitADC示波器應(yīng)用起來就捉襟見肘了，所以現(xiàn)在示波器廠商就轉(zhuǎn)過頭開發(fā)更多高分辨率的示波器。

　　如下為當(dāng)前更具前瞻力示波器廠商推出的500M帶寬的高分辨率示波器：

　　可以看出更高垂直分辨率帶來了更高的測量精度可以達(dá)到0.5%,那么示波器的測量就可以進(jìn)行更精準(zhǔn)的電壓、電流與功率測量，這是符合應(yīng)用場景發(fā)展趨勢與要求的。

　　三、高分辨率示波器可以給用戶帶來什么？

　　美國品牌泰克近兩年推出的新4系及新5系除了更大的屏幕、更多的分析測量功能，還有一個主要的升級就是垂直分辨率的提升，都提升到了12bit。相比于普通的8-bit示波器256級量化等級，12-bit示波器可達(dá)到4096級，是普通示波器的16倍，具備更小的量化誤差。國產(chǎn)示波器的領(lǐng)軍品牌鼎陽在高分辨上也是新品不斷，垂直分辨率位數(shù)同樣是提高到了12bit。高分辨率帶來的測量意義與價值下圖有一個很直觀的展現(xiàn)。

　　四、總結(jié)

　　事物的發(fā)展規(guī)律是一個螺旋式上升的過程，示波器的發(fā)展也同樣如此，我們一方面要提高水平時間軸上的采樣率去分析更快速的信號，但同時我們也決不能忽視快速變化信號是小信號必然要求。在國家“”雙碳”政策的大背景下，更加先進(jìn)的技術(shù)必然需要更加精準(zhǔn)高效的測試測量儀器，相信更高分辨率的示波器可以為更精準(zhǔn)的能量控制助力。