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引言
所有示波器都有一項不受歡迎的特性：存在于示波器前端和數字化過程中的垂直噪聲。測量系統噪?聲將降低您的實際信號測量精度，?特別是在測量低電平信號和噪聲時。由于示波器是一種寬帶測量儀器，示波器帶寬越寬，多數情況下垂噪聲也越高。雖然工程師在購買示波器時會了解示波器的垂直噪聲特性，但對這些特性應進行仔細的評估，因為它能經幾種途徑影響信號完整性。垂直噪聲會：
1.?引入幅度測量誤差
2.?引入sin(x)/x?波形重建不確定度
3.?引入作為輸入信號沿壓擺率函數的定時誤差（抖動）
4.?造成可觀察到的不良“胖”波形
可惜并非所有示波器廠家都在技術資料中給出垂直噪聲指標?/?特?性。即使有這項指標，它也往往會造?成誤導，并且是不完整的。本文比較了?Agilent、Tektronix?和?LeCroy?所?制造500MHz至1GHz帶寬范圍示波器的垂直噪聲特性。此外還講述了當存在相對高測量系統噪聲（示波?器噪聲）電平時，如何對低電平信號?進行更精確噪聲和干擾測量的有用技巧。
什么是噪聲，應如何測量噪聲
隨機噪聲有時也稱白噪聲，它在理論上是無界的，并服從高斯分?布。無界意味著由于噪聲固有的隨?機性，您在噪聲表征測量中收集數?據越多，就會得到越高的峰峰偏移。?由于這一原因，像垂直噪聲和隨機抖動這類隨機現象就應使用有效值（標準偏差）進行定義和測量。表?1?示出四種競爭500MHz?帶寬示波器的有效值噪聲本底測量值。每一種示波器都使用?50??端接，設置為使用各示波器規定的最高采樣率，在無信號連接條件下采集波形。
也請參看附錄?A?中競爭?1GHz?帶寬示波器的有效值噪聲本底測量?結果。
通常認為示波器的“基線噪聲?本底”是示波器置于最靈敏設置（最?低?V/div）時的噪聲電平。但今天市?場上的許多示波器在最靈敏?V/div?設?置時有降低的帶寬特性。如前所述，示波器是一種寬帶儀器，帶寬越高，通常噪聲本底也越高。所以在您比較各示波器最靈敏?V/div?設置處的基線噪聲本底特性時，您可能是在?把較低帶寬示波器與較高帶寬示波?器作比較，這不是同類事物的比較。?應在各示波器提供全帶寬的最靈敏?V/div?設置處比較相同帶寬的基線噪聲本底。
許多示波器的評估者錯誤地僅測試示波器最靈敏設置時的基線噪聲本底特性，并假定這一噪聲幅度?適用于所有V/div?設置。示波器中實際有兩個固有的噪聲成分。其一是主要由示波器前端衰減器和放大器所貢獻的固定噪聲電平。示波器最?靈敏?V/div?設置處的基線噪聲本底?是該噪聲成分的很好近似。這一噪聲成分居最靈敏設置時的支配地位，但示波器在不太靈敏設置（較高?V/?div）處使用時，這一噪聲成分是可?以忽略的。
第二項噪聲成份是基于示波器動態量程的相對噪聲電平，它由特定?V/div?設置確定。當示波器置于最?靈敏設置時，可以忽略這項噪聲，它?主要影響不太靈敏的設置。雖然示波器在高?V/div?設置時，波形并未表現出很大的噪聲，但實際噪聲幅度?可能相當高，您可比較表1中?1V/div?與10mV/div?測量的噪聲電平。?Agilent?MSO6054A?的這一相對有效值噪聲成分近似為V/div?設置的?2%。?而?Tektronix?和?LeCroy?的?500MHz帶寬示波器的相對有效值噪聲成分?則為量程的3%?-?4%。
在確定了固定噪聲成分（近似?為基線噪聲本底）和相對噪聲成分后，您就能使用平方和的平方根公?式估計中間?V/div?設置下的噪聲量。?從表?1?中的噪聲測量結果可看到在?大多數V/div?設置下，?Agilent?MSO6054A?具有總體上最低的噪聲特性。
測量峰峰噪聲
雖然使用有效值能得到評估和比較噪聲的最好結果，但人們也往?往想測量和比較峰峰噪聲。因為畢?竟示波器屏幕上看到的是峰峰偏移，并且它在實時?/?非平均測量中造成?最大的幅度誤差。基于這一原因，許?多示波器用戶更愿意比較和測量峰?峰值噪聲。由于隨機垂直噪聲在理?論上是無界的，您必須首先建立收?集多少數據的判據，然后依據該判?據獲得峰峰噪聲測量結果。表?2?示?出對四種?500MHz?示波器收集?1M?點數字化數據的峰峰噪聲測量。也?請參看附錄?B?對富競爭價的?1GHz?帶寬示波器的峰峰噪聲測量結果。
注意因TDS3054B（10?k?點）只?有有限的存儲器深度，對?1M?采集?點作峰峰噪聲表征測量是一項非常?困難的任務。為在各?V/div?設置下獲得總共?1M?點的總采集數據量，?儀器要用無限余輝累積約?100?次采?集。其它被測示波器有較深的采集?存儲器，一次采集就能收集到?1M?數據點。
由于一次特定的?1M?數據點采?集（?TDS3054B?為一組采集）有可?能產生或高或低的峰峰測量結果，?我們對每一?V/div設置重復?10?次?1M?點的峰峰噪聲測量。然后對測量結?果平均，得到對采集?1M?數據點的“典型”峰峰噪聲系數。?如這張表格所示，Agilent?6000?系列示波器在全帶寬?V/div?設置下?有最低的總峰峰噪聲電平（基于?1M?數據點）。而?Tektronix?和?LeCroy?的500MHz?帶寬示波器在大多數設置?處有高得多的峰峰噪聲電平。
雖然把各種示波器設置于同樣的時間?/?格，然后用無限余輝模式在?所設置的時間量，例如10?秒內收集?數據是很誘人的，但您應注意峰峰?噪聲測試并不能使用這種更為直觀?的方法。不僅是存儲器深度明顯不同，更新率也存在著顯著差異。例如若您從默認設置條件開始，然后將?Tektronix?TDS5054B和Agilent?MSO6054A?設置為20ns/div?，?Tektronix?示波器將以約?30?波形?/?秒的速率采集和更新波形。由于采用?MegaZoom?III?技術的?Agilent?6000?系列有極快的波形更新率，它將以?約?100,000?波形?/?秒的速率更新波?形。這意謂著如果您收集?10?秒的無?限余輝波形，Agilent示波器收集的?峰峰噪聲測量數據要多約?3000?倍。?如前所述，由于隨機垂直噪聲的隨?機和高斯本性，峰峰噪聲會隨收集?數據的增加而增大。
用探頭測量噪聲
大多數示波器都配有可提供?600MHz?系統帶寬的?10:1?無源探頭（對于600MHz或更高的示波器）。更?高帶寬示波器也可能用有源探頭實?現更高的帶寬。無論您是使用無源?探頭還是有源探頭，探頭本身都將?增加附加的隨機噪聲成份。今天的數字示波器能自動檢測探頭的衰減?系數和重新調整示波器的?V/div?設?置，以反映探頭所引入的信號衰減。?因此如果您正使用?10:1?探頭，示波器所指示的?V/div設置將是示波器內?部實際設置的?10?倍。也就是說如果接有?10:1?探頭示波器的設置為?20mV/div，那么示波器中輸入衰減?器和放大器的實際設置將是?2mV/?div。這意味著由于基線噪聲本底放?大了10?倍，因此會觀察到相對屏幕?高度較高的噪聲電平。如果您進行?重要的低電平信號測量，例如測量?電源紋波，就應考慮使用?1:1?無源探頭。此外，如果示波器帶寬受限于較?靈敏的?V/div量程，則需了解特定探頭的衰減系數，因為這一帶寬限制?也可能施加到較高的?V/div?設置。
在噪聲條件下測量
當您所使用的示波器置于最靈敏?V/div設置時，示波器的固有隨機?噪聲有可能掩蓋掉實際信號測量。但您可利用某些測量技術把示波器?的噪聲影響減到最小。在您測量電源紋波和噪聲電平時，有可能要用?到最靈敏的那幾個量程。首先應如?前面所述的那樣嘗試使用?1:1?探頭，而不要用儀器隨帶的標準?10:1?無源探頭。其次是如果您要測量電源的有效值噪聲，測量結果中也包括了示波器和探頭系統的噪聲貢獻，它?們有可能相當高。但通過仔細表征?信號（電源）和測量系統，就能扣除?測量系統噪聲成分，而得到對實際?電源噪聲（有效值）的更精確估計。
通過使用?Agilent?6000?系列示?波器約?4.7V?的直流偏置，圖?1?示出?用?1:1?無源探頭在?10?mV/div?設置?下所進行的電源噪聲測量。注意500MHz?和?1GHz?Tektronix?和?LeCroy?示波器的文件中規定在接?入?1:1?無源探頭和低于50mV/div?的設置時，對輸入信號的偏置不能大于?±?1?V?。?這意味著在用?Tektronix?或LeCroy?示波器進行5V?電源的噪聲測量時，由于示波器直?流偏置的限制而只能采用交流耦合。但如果您因示波器直流偏置限?制而必須采用交流耦合時，結果中?將去除掉電源的直流成分，而不能進行精確的測量。
我們用裝上?1:1?無源探頭的?Agilent?示波器，對嘈雜的?5V?電源所測到的噪聲約為?1.5?mV?RMS。圖2?是使用相同?1:1?無源探頭對測量?系統噪聲所作的噪聲表征。由于探?頭地線直接接到探頭觸針處，在10mV/div?設置下測量到的系統噪聲?約為?480V?RMS?。因使用的?1:1?探?頭增加了附加的噪聲成分，所以這?一示波器?/?探頭噪聲測量結果高于表1所示的噪聲系數（?250?V?RMS）。此外我們使用的是?1M??輸?入端接，而不是原來的?50?端接（用?于表?1?中的基線有效值噪聲測量）。?現在用平方和的平方根公式扣除這?一測量系統噪聲成分，結果表明該?電源的噪聲約為?1.4?mV?RMS。
雖然這一特定電源測量除了隨?機成分外，還可能包括確定性?/?系統?性的干擾?/?噪聲成分，但如果確定性?成分與示波器的自動觸發沒有相關?性，就能利用這項技術扣除測量系?統的誤差成分，得到對電源總有效?值噪聲的非常接近的近似值。
干擾的各確定性?/?系統性成分，?例如開關電源或數字系統時鐘干擾，也能在存在高隨機測量系統噪聲的條件下進行精確的測量。您能用示?波器單獨通道上的可疑干擾源觸發，?重復采集輸入信號，通過平均去掉?由示波器?/?探頭和輸入信號貢獻的?所有隨機和非相關噪聲和干擾成分。?其結果將是對電源特定干擾成分的?高分辨率測量，甚至您可把示波器?置于非常靈敏的?V/div?設置，例如?圖?3?所示的?2?mV/div。此外，對電源的平均直流成分進行精確測量要?求示波器有足夠的直流偏置范圍（只有?Agilent?示波器能達到）。?對同樣嘈雜電源信號使用這項?平均測量技術，我們測量到系統10MHz?時鐘（下方的綠色波形）引?入近似為?4.9mVp-p?的干擾。為找?到所有確定性（非隨機性）的干擾?和紋波，您需要把各種可疑干擾源作為示波器的觸發源，進行多次平均測量。
觀察“胖”波形
一些示波器的使用者相信數字?存儲示波器（DSO）的隨機垂直噪聲?電平高于較老的模擬示波器。之所?以得出這一結論，是因為?DSO?上的?跡線一般要比模擬示波器寬。但?DSO?的實際噪聲電平并不比模擬示?波器高。對于模擬示波器技術而言，?由于信號極端值很少出現，因此所?顯示的隨機垂直噪聲的極端值或是?非常黯淡，或是根本看不到。雖然工?程師一般認為示波器是一種顯示電壓?—?時間的二維儀器，但由于模擬?示波器采用掃描電子束技術，所以?還存在著第三個維度。第三維用跡?線亮度調制顯示信號的出現頻度，?從而意味著模擬示波器實際上隱匿?了，或在視覺上抑制了隨機垂直噪?聲的極端值。
傳統數字示波器缺乏顯示第三個維度（亮度調制）的能力。但今天?的某些新型數字示波器已有了更接近老式模擬示波器顯示質量的亮度分級能力。采用?MegaZoom?III?技術的?Agilent?最新?6000系列示波器具有示波器行業中最高的亮度分級，?它把?256?級亮度映射到?XGA?顯示。?圖?4?示出在?10mV/div?設置下，用100%?亮度捕獲的低電平?10MHz?信?號。這幅屏幕代表沒有亮度分級能力的老式數字示波器顯示。由于沒?有亮度分級，示波器顯示展示的是?極端峰峰噪聲的“胖”波形。但在10mV/div?設置下所測相對低輸入信?號（約為?50mVp-p）的“厚度”主要源于固有的示波器噪聲?—而非輸?入信號噪聲。圖?5示出的是相同?10MHz?信號，但現在把亮度調到20%?，以更好地模仿天然抑制極端?噪聲的模擬示波器顯示。我們現在?能在相對靈敏?V/div?設置下，觀察?到沒有示波器固有噪聲影響的更“清晰”波形。此外，我們現在還能?看到各種波形細節，例如在正弦波正峰頂上的“擺動”，這在以前恒定?亮度（100%）的觀察中因為相對高?的示波器噪聲電平而被掩蓋掉了。
有關示波器顯示質量所帶來好處的更詳細討論，請下載?Agilent?應用指南?1552“示波器顯示質量對發現信號異常能力的影響”。
如果您采集的是重復輸入信號，?就能像圖3所示的例子那樣，代之以通過波形平均消除測量系統的隨?機信號噪聲。對于實時/單次應用（不能使用重復平均），有些示波器提供高分辨率的采集模式。采用這項技術，您就能通過?DSP/?數字濾波?過濾掉單次采集中的高頻噪聲和干擾成分，把垂直分辨率增加到12bit，此時付出的代價是測量系統的帶寬。
總結
當您評估欲購買的各種示波器時，一定要仔細考慮示波器的固有噪聲特性。并非所有示波器的這項指標均相一致。示波器的垂直隨機噪聲不僅會使測量精度下降，它還可能影響觀察數字信號的質量。在您評估示波器噪聲特性時，必須要在同樣的測量判據下仔細地設置被測示波器，這些判據包括相同帶寬的示波器、相同的?V/div?設置（具有全帶寬）、相同的采樣率、相同的存儲器深度和相同的采集數。
如本文所述，?與業內其它500MHz?-?1GHz?示波器相比，?Agilent?DSO/MSO?6000?系列和?54830?系列?Infiniium?示波器在總體上有最低的噪聲特性?。?此外?，?采用MegaZoom?III?技術的?Agilent?6000?系列示波器以256級亮度提供最?高分辨率的顯示質量，可用于觀察?受抑制的示波器固有噪聲的隨機極?端值。
您能采用各種不同測量技術，如數學計算、波形平均、DSP?濾波和顯示亮度分級最小化，甚至消除測量系統噪聲成分，從而更精確地?測量系統中的低電平隨機性和確定性噪聲成分。
雖然本文僅著重探討的是500MHz?和?1GHz?帶寬示波器噪聲?測量比較，但其原則也適用于任何帶寬的示波器—無論是更高還是更低的帶寬。事實上，Agilent?的更高帶寬12GHz?DSO81204A?示波器具?有這一帶寬范圍示波器中最低的固?有內部測量系統噪聲，其噪聲電平?甚至不高于當前市場上的?1GHz?示?波器。?由于采用低功率集成電路（IC）技術實現了更高集成度，?Agilent還能達到更低的測量噪聲性?能水平。
還應注意在對隨機垂直示波器?噪聲的評估中，只取了極有限的樣?本量。為測試所選的所有示波器都?是各廠家當前生產的產品。我們只測試了通道?1，因為這是工程師最常使用的通道。雖然我們不能確保?文中所述的測量具有典型性，但我?們仍認為這些測量結果代表了各示?波器廠家當前生產的產品。
術語表
基線噪聲本底:在示波器最靈敏?V/div?設置下所測的有效值噪聲電平?
Sin(x)/x:重建一種軟件濾波特性，它以更高的數據分辨率重建樣本波?形，從而更精確地代表符合?Nyquist準則的原未采樣輸入波形
噪聲本底:在示波器各V/div?設置下所測的有效值噪聲電平
隨機噪聲:服從高斯分布的無界噪聲
動態范圍:數字存儲示波器（DSO）模數轉換器的滿度范圍，它取決于示波器的?V/div?設置，在大多數示波器中，它的變化范圍通常為?8?格峰峰（全屏）到?10?格峰峰（全屏＋?20%）
峰峰噪聲:根據特定判據的示波器峰峰噪聲，這些判據如時間、采集數?和?/?或采集存儲器深度
有效值噪聲:作為標準偏差的所測隨機噪聲
無限余輝:數字存儲示波器（DSO）的一種常用顯示模式，它累積和顯示?所有采集，以示出信號最壞條件偏差
高斯分布:典型的鐘形曲線統計分布
確定性:系統性誤差?/?噪聲源，它是有界的
跡線亮度調制?/?分級:示波器特定時間位置處的顯示亮度隨頻度而變
DSP:數字信號處理
MegaZoom?III:一項?Agilent?專利技術，它提供跡線亮度分級、快波形更?新率和響應敏捷的深存儲器
所有示波器都有一項不受歡迎的特性：存在于示波器前端和數字化過程中的垂直噪聲。測量系統噪?聲將降低您的實際信號測量精度，?特別是在測量低電平信號和噪聲時。由于示波器是一種寬帶測量儀器，示波器帶寬越寬，多數情況下垂噪聲也越高。雖然工程師在購買示波器時會了解示波器的垂直噪聲特性，但對這些特性應進行仔細的評估，因為它能經幾種途徑影響信號完整性。垂直噪聲會：
1.?引入幅度測量誤差
2.?引入sin(x)/x?波形重建不確定度
3.?引入作為輸入信號沿壓擺率函數的定時誤差（抖動）
4.?造成可觀察到的不良“胖”波形
可惜并非所有示波器廠家都在技術資料中給出垂直噪聲指標?/?特?性。即使有這項指標，它也往往會造?成誤導，并且是不完整的。本文比較了?Agilent、Tektronix?和?LeCroy?所?制造500MHz至1GHz帶寬范圍示波器的垂直噪聲特性。此外還講述了當存在相對高測量系統噪聲（示波?器噪聲）電平時，如何對低電平信號?進行更精確噪聲和干擾測量的有用技巧。
什么是噪聲，應如何測量噪聲
隨機噪聲有時也稱白噪聲，它在理論上是無界的，并服從高斯分?布。無界意味著由于噪聲固有的隨?機性，您在噪聲表征測量中收集數?據越多，就會得到越高的峰峰偏移。?由于這一原因，像垂直噪聲和隨機抖動這類隨機現象就應使用有效值（標準偏差）進行定義和測量。表?1?示出四種競爭500MHz?帶寬示波器的有效值噪聲本底測量值。每一種示波器都使用?50??端接，設置為使用各示波器規定的最高采樣率，在無信號連接條件下采集波形。
也請參看附錄?A?中競爭?1GHz?帶寬示波器的有效值噪聲本底測量?結果。
通常認為示波器的“基線噪聲?本底”是示波器置于最靈敏設置（最?低?V/div）時的噪聲電平。但今天市?場上的許多示波器在最靈敏?V/div?設?置時有降低的帶寬特性。如前所述，示波器是一種寬帶儀器，帶寬越高，通常噪聲本底也越高。所以在您比較各示波器最靈敏?V/div?設置處的基線噪聲本底特性時，您可能是在?把較低帶寬示波器與較高帶寬示波?器作比較，這不是同類事物的比較。?應在各示波器提供全帶寬的最靈敏?V/div?設置處比較相同帶寬的基線噪聲本底。
許多示波器的評估者錯誤地僅測試示波器最靈敏設置時的基線噪聲本底特性，并假定這一噪聲幅度?適用于所有V/div?設置。示波器中實際有兩個固有的噪聲成分。其一是主要由示波器前端衰減器和放大器所貢獻的固定噪聲電平。示波器最?靈敏?V/div?設置處的基線噪聲本底?是該噪聲成分的很好近似。這一噪聲成分居最靈敏設置時的支配地位，但示波器在不太靈敏設置（較高?V/?div）處使用時，這一噪聲成分是可?以忽略的。
第二項噪聲成份是基于示波器動態量程的相對噪聲電平，它由特定?V/div?設置確定。當示波器置于最?靈敏設置時，可以忽略這項噪聲，它?主要影響不太靈敏的設置。雖然示波器在高?V/div?設置時，波形并未表現出很大的噪聲，但實際噪聲幅度?可能相當高，您可比較表1中?1V/div?與10mV/div?測量的噪聲電平。?Agilent?MSO6054A?的這一相對有效值噪聲成分近似為V/div?設置的?2%。?而?Tektronix?和?LeCroy?的?500MHz帶寬示波器的相對有效值噪聲成分?則為量程的3%?-?4%。
在確定了固定噪聲成分（近似?為基線噪聲本底）和相對噪聲成分后，您就能使用平方和的平方根公?式估計中間?V/div?設置下的噪聲量。?從表?1?中的噪聲測量結果可看到在?大多數V/div?設置下，?Agilent?MSO6054A?具有總體上最低的噪聲特性。
測量峰峰噪聲
雖然使用有效值能得到評估和比較噪聲的最好結果，但人們也往?往想測量和比較峰峰噪聲。因為畢?竟示波器屏幕上看到的是峰峰偏移，并且它在實時?/?非平均測量中造成?最大的幅度誤差。基于這一原因，許?多示波器用戶更愿意比較和測量峰?峰值噪聲。由于隨機垂直噪聲在理?論上是無界的，您必須首先建立收?集多少數據的判據，然后依據該判?據獲得峰峰噪聲測量結果。表?2?示?出對四種?500MHz?示波器收集?1M?點數字化數據的峰峰噪聲測量。也?請參看附錄?B?對富競爭價的?1GHz?帶寬示波器的峰峰噪聲測量結果。
注意因TDS3054B（10?k?點）只?有有限的存儲器深度，對?1M?采集?點作峰峰噪聲表征測量是一項非常?困難的任務。為在各?V/div?設置下獲得總共?1M?點的總采集數據量，?儀器要用無限余輝累積約?100?次采?集。其它被測示波器有較深的采集?存儲器，一次采集就能收集到?1M?數據點。
由于一次特定的?1M?數據點采?集（?TDS3054B?為一組采集）有可?能產生或高或低的峰峰測量結果，?我們對每一?V/div設置重復?10?次?1M?點的峰峰噪聲測量。然后對測量結?果平均，得到對采集?1M?數據點的“典型”峰峰噪聲系數。?如這張表格所示，Agilent?6000?系列示波器在全帶寬?V/div?設置下?有最低的總峰峰噪聲電平（基于?1M?數據點）。而?Tektronix?和?LeCroy?的500MHz?帶寬示波器在大多數設置?處有高得多的峰峰噪聲電平。
雖然把各種示波器設置于同樣的時間?/?格，然后用無限余輝模式在?所設置的時間量，例如10?秒內收集?數據是很誘人的，但您應注意峰峰?噪聲測試并不能使用這種更為直觀?的方法。不僅是存儲器深度明顯不同，更新率也存在著顯著差異。例如若您從默認設置條件開始，然后將?Tektronix?TDS5054B和Agilent?MSO6054A?設置為20ns/div?，?Tektronix?示波器將以約?30?波形?/?秒的速率采集和更新波形。由于采用?MegaZoom?III?技術的?Agilent?6000?系列有極快的波形更新率，它將以?約?100,000?波形?/?秒的速率更新波?形。這意謂著如果您收集?10?秒的無?限余輝波形，Agilent示波器收集的?峰峰噪聲測量數據要多約?3000?倍。?如前所述，由于隨機垂直噪聲的隨?機和高斯本性，峰峰噪聲會隨收集?數據的增加而增大。
用探頭測量噪聲
大多數示波器都配有可提供?600MHz?系統帶寬的?10:1?無源探頭（對于600MHz或更高的示波器）。更?高帶寬示波器也可能用有源探頭實?現更高的帶寬。無論您是使用無源?探頭還是有源探頭，探頭本身都將?增加附加的隨機噪聲成份。今天的數字示波器能自動檢測探頭的衰減?系數和重新調整示波器的?V/div?設?置，以反映探頭所引入的信號衰減。?因此如果您正使用?10:1?探頭，示波器所指示的?V/div設置將是示波器內?部實際設置的?10?倍。也就是說如果接有?10:1?探頭示波器的設置為?20mV/div，那么示波器中輸入衰減?器和放大器的實際設置將是?2mV/?div。這意味著由于基線噪聲本底放?大了10?倍，因此會觀察到相對屏幕?高度較高的噪聲電平。如果您進行?重要的低電平信號測量，例如測量?電源紋波，就應考慮使用?1:1?無源探頭。此外，如果示波器帶寬受限于較?靈敏的?V/div量程，則需了解特定探頭的衰減系數，因為這一帶寬限制?也可能施加到較高的?V/div?設置。
在噪聲條件下測量
當您所使用的示波器置于最靈敏?V/div設置時，示波器的固有隨機?噪聲有可能掩蓋掉實際信號測量。但您可利用某些測量技術把示波器?的噪聲影響減到最小。在您測量電源紋波和噪聲電平時，有可能要用?到最靈敏的那幾個量程。首先應如?前面所述的那樣嘗試使用?1:1?探頭，而不要用儀器隨帶的標準?10:1?無源探頭。其次是如果您要測量電源的有效值噪聲，測量結果中也包括了示波器和探頭系統的噪聲貢獻，它?們有可能相當高。但通過仔細表征?信號（電源）和測量系統，就能扣除?測量系統噪聲成分，而得到對實際?電源噪聲（有效值）的更精確估計。
通過使用?Agilent?6000?系列示?波器約?4.7V?的直流偏置，圖?1?示出?用?1:1?無源探頭在?10?mV/div?設置?下所進行的電源噪聲測量。注意500MHz?和?1GHz?Tektronix?和?LeCroy?示波器的文件中規定在接?入?1:1?無源探頭和低于50mV/div?的設置時，對輸入信號的偏置不能大于?±?1?V?。?這意味著在用?Tektronix?或LeCroy?示波器進行5V?電源的噪聲測量時，由于示波器直?流偏置的限制而只能采用交流耦合。但如果您因示波器直流偏置限?制而必須采用交流耦合時，結果中?將去除掉電源的直流成分，而不能進行精確的測量。
我們用裝上?1:1?無源探頭的?Agilent?示波器，對嘈雜的?5V?電源所測到的噪聲約為?1.5?mV?RMS。圖2?是使用相同?1:1?無源探頭對測量?系統噪聲所作的噪聲表征。由于探?頭地線直接接到探頭觸針處，在10mV/div?設置下測量到的系統噪聲?約為?480V?RMS?。因使用的?1:1?探?頭增加了附加的噪聲成分，所以這?一示波器?/?探頭噪聲測量結果高于表1所示的噪聲系數（?250?V?RMS）。此外我們使用的是?1M??輸?入端接，而不是原來的?50?端接（用?于表?1?中的基線有效值噪聲測量）。?現在用平方和的平方根公式扣除這?一測量系統噪聲成分，結果表明該?電源的噪聲約為?1.4?mV?RMS。
雖然這一特定電源測量除了隨?機成分外，還可能包括確定性?/?系統?性的干擾?/?噪聲成分，但如果確定性?成分與示波器的自動觸發沒有相關?性，就能利用這項技術扣除測量系?統的誤差成分，得到對電源總有效?值噪聲的非常接近的近似值。
干擾的各確定性?/?系統性成分，?例如開關電源或數字系統時鐘干擾，也能在存在高隨機測量系統噪聲的條件下進行精確的測量。您能用示?波器單獨通道上的可疑干擾源觸發，?重復采集輸入信號，通過平均去掉?由示波器?/?探頭和輸入信號貢獻的?所有隨機和非相關噪聲和干擾成分。?其結果將是對電源特定干擾成分的?高分辨率測量，甚至您可把示波器?置于非常靈敏的?V/div?設置，例如?圖?3?所示的?2?mV/div。此外，對電源的平均直流成分進行精確測量要?求示波器有足夠的直流偏置范圍（只有?Agilent?示波器能達到）。?對同樣嘈雜電源信號使用這項?平均測量技術，我們測量到系統10MHz?時鐘（下方的綠色波形）引?入近似為?4.9mVp-p?的干擾。為找?到所有確定性（非隨機性）的干擾?和紋波，您需要把各種可疑干擾源作為示波器的觸發源，進行多次平均測量。
觀察“胖”波形
一些示波器的使用者相信數字?存儲示波器（DSO）的隨機垂直噪聲?電平高于較老的模擬示波器。之所?以得出這一結論，是因為?DSO?上的?跡線一般要比模擬示波器寬。但?DSO?的實際噪聲電平并不比模擬示?波器高。對于模擬示波器技術而言，?由于信號極端值很少出現，因此所?顯示的隨機垂直噪聲的極端值或是?非常黯淡，或是根本看不到。雖然工?程師一般認為示波器是一種顯示電壓?—?時間的二維儀器，但由于模擬?示波器采用掃描電子束技術，所以?還存在著第三個維度。第三維用跡?線亮度調制顯示信號的出現頻度，?從而意味著模擬示波器實際上隱匿?了，或在視覺上抑制了隨機垂直噪?聲的極端值。
傳統數字示波器缺乏顯示第三個維度（亮度調制）的能力。但今天?的某些新型數字示波器已有了更接近老式模擬示波器顯示質量的亮度分級能力。采用?MegaZoom?III?技術的?Agilent?最新?6000系列示波器具有示波器行業中最高的亮度分級，?它把?256?級亮度映射到?XGA?顯示。?圖?4?示出在?10mV/div?設置下，用100%?亮度捕獲的低電平?10MHz?信?號。這幅屏幕代表沒有亮度分級能力的老式數字示波器顯示。由于沒?有亮度分級，示波器顯示展示的是?極端峰峰噪聲的“胖”波形。但在10mV/div?設置下所測相對低輸入信?號（約為?50mVp-p）的“厚度”主要源于固有的示波器噪聲?—而非輸?入信號噪聲。圖?5示出的是相同?10MHz?信號，但現在把亮度調到20%?，以更好地模仿天然抑制極端?噪聲的模擬示波器顯示。我們現在?能在相對靈敏?V/div?設置下，觀察?到沒有示波器固有噪聲影響的更“清晰”波形。此外，我們現在還能?看到各種波形細節，例如在正弦波正峰頂上的“擺動”，這在以前恒定?亮度（100%）的觀察中因為相對高?的示波器噪聲電平而被掩蓋掉了。
有關示波器顯示質量所帶來好處的更詳細討論，請下載?Agilent?應用指南?1552“示波器顯示質量對發現信號異常能力的影響”。
如果您采集的是重復輸入信號，?就能像圖3所示的例子那樣，代之以通過波形平均消除測量系統的隨?機信號噪聲。對于實時/單次應用（不能使用重復平均），有些示波器提供高分辨率的采集模式。采用這項技術，您就能通過?DSP/?數字濾波?過濾掉單次采集中的高頻噪聲和干擾成分，把垂直分辨率增加到12bit，此時付出的代價是測量系統的帶寬。
總結
當您評估欲購買的各種示波器時，一定要仔細考慮示波器的固有噪聲特性。并非所有示波器的這項指標均相一致。示波器的垂直隨機噪聲不僅會使測量精度下降，它還可能影響觀察數字信號的質量。在您評估示波器噪聲特性時，必須要在同樣的測量判據下仔細地設置被測示波器，這些判據包括相同帶寬的示波器、相同的?V/div?設置（具有全帶寬）、相同的采樣率、相同的存儲器深度和相同的采集數。
如本文所述，?與業內其它500MHz?-?1GHz?示波器相比，?Agilent?DSO/MSO?6000?系列和?54830?系列?Infiniium?示波器在總體上有最低的噪聲特性?。?此外?，?采用MegaZoom?III?技術的?Agilent?6000?系列示波器以256級亮度提供最?高分辨率的顯示質量，可用于觀察?受抑制的示波器固有噪聲的隨機極?端值。
您能采用各種不同測量技術，如數學計算、波形平均、DSP?濾波和顯示亮度分級最小化，甚至消除測量系統噪聲成分，從而更精確地?測量系統中的低電平隨機性和確定性噪聲成分。
雖然本文僅著重探討的是500MHz?和?1GHz?帶寬示波器噪聲?測量比較，但其原則也適用于任何帶寬的示波器—無論是更高還是更低的帶寬。事實上，Agilent?的更高帶寬12GHz?DSO81204A?示波器具?有這一帶寬范圍示波器中最低的固?有內部測量系統噪聲，其噪聲電平?甚至不高于當前市場上的?1GHz?示?波器。?由于采用低功率集成電路（IC）技術實現了更高集成度，?Agilent還能達到更低的測量噪聲性?能水平。
還應注意在對隨機垂直示波器?噪聲的評估中，只取了極有限的樣?本量。為測試所選的所有示波器都?是各廠家當前生產的產品。我們只測試了通道?1，因為這是工程師最常使用的通道。雖然我們不能確保?文中所述的測量具有典型性，但我?們仍認為這些測量結果代表了各示?波器廠家當前生產的產品。
術語表
基線噪聲本底:在示波器最靈敏?V/div?設置下所測的有效值噪聲電平?
Sin(x)/x:重建一種軟件濾波特性，它以更高的數據分辨率重建樣本波?形，從而更精確地代表符合?Nyquist準則的原未采樣輸入波形
噪聲本底:在示波器各V/div?設置下所測的有效值噪聲電平
隨機噪聲:服從高斯分布的無界噪聲
動態范圍:數字存儲示波器（DSO）模數轉換器的滿度范圍，它取決于示波器的?V/div?設置，在大多數示波器中，它的變化范圍通常為?8?格峰峰（全屏）到?10?格峰峰（全屏＋?20%）
峰峰噪聲:根據特定判據的示波器峰峰噪聲，這些判據如時間、采集數?和?/?或采集存儲器深度
有效值噪聲:作為標準偏差的所測隨機噪聲
無限余輝:數字存儲示波器（DSO）的一種常用顯示模式，它累積和顯示?所有采集，以示出信號最壞條件偏差
高斯分布:典型的鐘形曲線統計分布
確定性:系統性誤差?/?噪聲源，它是有界的
跡線亮度調制?/?分級:示波器特定時間位置處的顯示亮度隨頻度而變
DSP:數字信號處理
MegaZoom?III:一項?Agilent?專利技術，它提供跡線亮度分級、快波形更?新率和響應敏捷的深存儲器
工商網監
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