示波器高分辨率測量解決方案

更新時間：2025-06-12

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示波器作為重要的測試測量工具的，被譽為“工程師之眼"，其使用價值貫穿產品設計研發和測試驗證的全生命周期。在需要高分辨率測量方案的應用中，用戶往往更關心示波器使用價值。如：

- 電源完整性測試：如何確保電源測量的精度，如何捕捉微伏級的電壓波動，如何提高測試結果準確性。

- 信號完整性測試：在處理PAM-N等高階調制的信號時，如何獲得更清晰的眼圖和更精準的抖動測量結果，如何保證測量一致性等問題。

- 頻譜分析測試：如何在高頻高精度的測試應用中利用示波器進行時域/頻域的聯合測試。

示波器想要獲得更高的測量精度，需要同時滿足兩個關鍵參數：高位數模數轉換器（ADC）和低本底噪聲，這兩者共同決定示波器能否滿足客戶對高精度和低電壓的測試需求。

下面我們將從以下幾個角度闡述高分辨率解決方案：

- 高分辨率測量需關注的關鍵參數；

- 改善測量精度的方法；

- 高分辨率示波器的應用場景；

- 如何選擇適合的高分辨率示波器；

ADC位數和最小分辨率

ADC位數和最小垂直分辨率對于信號測量非常重要，ADC位數決定了示波器在垂直方向上的量化等級。示波器對信號進行采樣時，ADC會將信號分為多個垂直二進制數據（有時稱為量化電平或模數轉換電平），二進制數據量化越多，采樣的信號分辨率就越高。這些量化電平在ADC中表示為2N，N表示ADC位數。12bit ADC垂直方向量化等級（2¹²=4096）是8bit ADC（2⁸=256）的16倍。如果用戶將垂直刻度調整至100mV/div，滿屏幕即800mV（8div×100mV/div），那么，8bit示波器量化的信號最小幅度為800mV/256=3.125mV；12bit示波器量化的信號最小幅度則為800mV/4096=195.3μV。

SFDR

無雜散動態范圍（SFDR）指載波頻率（最大信號成分）的RMS值與次最大噪聲成分或諧波失真成分的RMS值之比。簡言之，SFDR規定了ADC以及系統從其他噪聲或其他雜散頻率中解讀載波信號的能力，可從大干擾信號中分辨出最小信號的能力。對于設計良好的ADC內核，SFDR一般主要由載波頻率和目標基波頻率的第二和第三諧波之間的動態范圍構成。一些窄帶ADC只會定義較窄工作頻段的SFDR，這時第二和第三諧波都位于帶外，多數差分輸入的ADC具有良好的共模噪聲抑制能力，其SFDR性能會同時受到前端器件的影響，尤其是采集系統在ADC輸入將單端信號轉換成差分信號的這一過程。

利用高分辨率示波器的測試應用

高分辨率、低本底噪聲獲得更好的信號特征

噪聲就像一個無處不在的“小麻煩"，其存在于各類電子設備和信號傳輸環境中。高分辨率如同為工程師配備了一臺“超級顯微鏡"，能清晰地放大信號細節，發現隱藏在信號中的微弱噪聲。

高分辨率在電源測試中將獲得諸多收益

DeepSeek的強大讓很多人看到了AI算力帶來的無限可能。無論是DeepSeek還是ChatGPT亦或是豆包，AI大模型訓練的背后是高算力芯片組成的大型運算網絡，而電源是算力芯片的能量來源，芯片功耗和散熱則是制造商的難題之一，可行方法就是使用更低的工作電壓，從而降低芯片的功耗整體。當今算力芯片工作電壓基本在1V甚至更低，這對芯片電源網絡設計和測量帶來了極大的挑戰。

算力芯片-紋波和噪聲測試

對于芯片電源供電網絡，紋波要求越小越好，算力芯片的紋波如果過大，將會擾亂邏輯參考的基準，在高速變化的邏輯信號上產生抖動，進而產生信號傳輸的誤碼（芯片誤將傳輸的1當做0，把0當做1），影響芯片性能，甚至無法工作。而算力芯片由于其更低的工作電壓，導致電源留給紋波和噪聲的裕量變得非常小，如果不能準確測試出紋波和噪聲，對芯片算力的影響將是不可逆的。