介紹自1991年以來,Pico Technology在PC示波器的開發(fā)中發(fā)揮了先鋒作用。這些緊湊型設(shè)備以及傳統(tǒng)的全尺寸數(shù)字存儲示波器(DSO)占據(jù)了當今銷售的大多數(shù)示波器。所有這些儀器背后的驅(qū)動力都是數(shù)字電子產(chǎn)品。隨著數(shù)字電路中時鐘速度的增加,制造商通過設(shè)計具有更快采樣率和更高帶寬的示波器來做出響應(yīng)。遺憾的是,模擬設(shè)計人員一直處于落后狀態(tài):追求更高的速度一直是以動態(tài)性能和分辨率為代價的。為了給模擬設(shè)計人員提供他們需要的工具,我們設(shè)計了PicoScope 高分辨率和靈活分辨率的示波器。
什么是'精確'DSO?示波器的精度取決于其分辨率和精度。以下是一些可用決議的特點:對于大多數(shù)示波器而言,精度并不重要。您可以在幾個百分點內(nèi)進行測量(大多數(shù)DSO引用3%至5%的DC精度),但為了獲得準確的測量結(jié)果,您必須達到萬用表。但是,使用精密示波器,可以全速進行精確測量。大多數(shù)手持式儀表具有12位分辨率(相當于3?位),而16位示波器的分辨率相當于4?位臺式儀表。除了分辨率和準確度,噪音也是一個問題。構(gòu)成傳統(tǒng)DSO前端的放大器設(shè)計為具有高帶寬,但低噪聲不是優(yōu)先考慮的因素。16位示波器的設(shè)計者工作更加艱巨,只有0.0015%的噪聲足以屏蔽最低有效位。Pico Technology在構(gòu)建高分辨率示波器方面擁有20多年的經(jīng)驗。與一些只有8位示波器和替代ADC的競爭設(shè)計不同,PicoScopes從頭開始設(shè)計,以實現(xiàn)低噪聲和低失真。我們的12位或16位示波器之一的額外分辨率可顯著提高DC精度,動態(tài)范圍和信噪比。
測試1:低成本信號發(fā)生器
下圖顯示了典型的8位,12位和16位PicoScope示波器的時域和頻域顯示。信號源是運行FuncGen應(yīng)用程序的Android智能手機,設(shè)置為生成250 Hz正弦波,最大振幅約為170 mV。8位示波器示例像PicoScope 2205這樣的8位示波器可以提供足夠好的波形視覺表示,如圖1所示。可以合理精確地測量波的頻率和幅度。然而,放大64倍(圖2)顯示了8位分辨率的局限性。圖3顯示了信號的頻譜分析圖(FFT)。250 Hz處的峰值是輸入信號的基頻。SFDR(標尺之間的差值顯示)約為68 dB。本底噪聲掩蓋了輸入信號的真實特征。12位示波器示例使用PicoScope 4423 12位示波器捕獲的相同信號在正常示波器視圖中看起來相同。x64視圖現(xiàn)在沒有顯示數(shù)字化步驟,但是使用12位分辨率,我們可以看到8位范圍內(nèi)不可見的噪聲。頻譜分析儀顯示SFDR約為72 dB,第二(500 Hz)和第三(750 Hz)諧波的失真峰值只是可見。16位示波器示例使用16位PicoScope 4262示波器,x64軌跡更清晰,但當然信號源產(chǎn)生的噪聲仍然可見。(圖8中的插圖顯示了PicoScope應(yīng)用的10 kHz數(shù)字濾波器的效果。)頻譜視圖顯示了與12位示波器相同的諧波雜散和SFDR,表明失真是由信號源而非范圍引起的。
頻譜分析儀設(shè)置頻率范圍:0到1 kHz頻譜箱:≥8k顯示模式:平均窗口功能:布萊克曼 - 哈里斯
測試2:低失真信號發(fā)生器在這次測試中,我們用PicoScope 4262的內(nèi)置低失真信號發(fā)生器取代了低成本信號發(fā)生器。這使我們能夠展示PicoScope 4262前端極低失真的優(yōu)勢。設(shè)定發(fā)電機產(chǎn)生10千赫的正弦波,振幅為990毫伏。8位示波器示例與之前的測試一樣,8位示波器足以查看波形的整體形狀(圖10),但在顯示器放大64倍時顯示出其局限性(圖11)。FFT頻譜分析儀圖(圖12)顯示了10 kHz基波。如果信號中有任何其他分量,它們會被噪聲基底屏蔽,大約低于峰值70 dB。12位示波器示例使用PicoScope 4423 12位示波器捕獲的相同信號在正常示波器視圖中看起來相同。x64視圖看起來更干凈,噪音很小,數(shù)字化步驟只是可見。在頻譜視圖中,噪聲基底現(xiàn)在足夠低,以顯示一些諧波和其他雜散信號達到10 kHz峰值以下約76 dB。在這個階段,我們不知道這些是由于范圍還是信號發(fā)生器。16位示波器示例 使用16位PicoScope 4262示波器,x64軌跡平滑無噪音,沒有數(shù)字化引起的失真跡象。頻譜曲線顯示SFDR約為96 dB,噪聲基底比12位示波器低得多。失真峰值比12位示波器低20 dB,表明在前一次測試中看到的大部分失真是由于12位示波器的限制而不是信號發(fā)生器。 頻譜分析儀設(shè)置上面的頻譜分析器視圖是盡可能使用以下設(shè)置創(chuàng)建的:頻率范圍:0至50 kHz頻譜箱:≥8k顯示模式:平均窗口功能:布萊克曼 - 哈里斯選擇合適數(shù)量的頻譜倉以將FFT本底噪聲置于每個示波器的感興趣信號之下。