安泰频谱仪维修---减少示波器幅度测量误差的小经验
发布时间：2018-04-28
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在该设置下，波形只占用了示波器屏幕两格半的范围。也就是说，并没有充分利用示波器的垂直分辨率，示波器这时会有较大的量化误差。因此，我们应该将垂直分辨率设为更适合的参数，一般来说，建议波形占用示波器屏幕6格以上，但不要超过屏幕。
如下图所示，利用示波器的微调功能，将垂直分辨率设为740mV/格，测试峰峰值为5.06V。相对之前的结果，有了很大改善。
但测量结果还是偏大。这是由于我们采用了示波器的峰峰值测量，在这种测量方式下，测量的是信号最大值。由于波形上会有些噪声信号，测量结果就是波形的幅度加上噪声的幅度。从而导致了测量结果偏大。
还有没有办法能进一步改进测试结果呢？答案是肯定的。如果测试信号是一个周期函数信号，例如正弦波或方波，可以在示波器的采集模式菜单中，选择“平均”模式。该模式可以平均多次采集结果以降低噪声并提高分辨率。
如下图所示，我选择了平均模式，测试结果为4.972V。
但这种方法，适合于重复性非常好的比较简单的波形。它是捕获若干个波形后，进行平均运行，获得的测量值。这样的好处是可以一定程度上消除随机误差和噪声干扰，如果对于更为复杂的信号，这种方法显然是不行的，而去回隐藏一下波形本身的问题。这就需要更高分辨率的示波器，或者带有高分辨率模式的示波器。高分辨率的示波器直接采用12bit的AD，可以有更高的分辨率，从而减小量化误差。例如安捷伦的9000H系列示波器。但这示波器价格很高，大多数工程师手中不会有这种东西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式，它通过数学运算的方式，将8bit的AD提升为10-12比特，这样也可以减少测量误差。
以下这张截屏就是我们利用安捷伦的33220A20MHz波形发生器产生5Vpp的正弦波，同时利用安捷伦MSOX2024A示波器测量到的波形。测量值是5.01V，非常接近于波形发生器的输出设定值！这种方法同样适用于非重复的波形。
下面客户遇到的问题：
“我用33220A输出10Hz，5Vpp值的正弦波，怎么示波器测出来只有3.5Vpp啊？如果我把33220A的幅度设为1KHz，示波器测出来就对了。低频信号输出不正常啊！是不是你这台33220A有质量问题啊？”有位用户很生气地给我们打电话来。
通过与客户的沟通，发现他认为自己测试的是交流信号，所以把示波器的耦合方式设置为AC耦合。殊不知，选择AC耦合后，示波器会把一个3.5Hz高通滤波器（以安捷伦2000X系列示波器为例）与输入波形串联，导致示波器测量值偏小。只要将耦合方式设置为DC耦合，就能得到正确的结果了。
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