资 源 简 介
在很多应用中，设计人员和测试测量工程师需要进行宽动态范围测量，以便在信号幅度较大的情况中查看非常小的信号。此类应用包括电源完整性保证、雷达和声纳之类的回波定位和测距系统、核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）之类的医学成像系统，以及采用超声波的无损检测。在系统开发和原型设计阶段，示波器当然是进行这些测量的首选工具，但这些主要受限于示波器前端的垂直分辨率。例如，8位示波器的动态范围为256:1，因此对于1V范围，理论最小信号为3.9毫伏（mV）。若要在3.3V总线上查看毫伏级纹波信号，则需要更高的灵敏度和偏移范围。另外，当使用高衰减探针来防止电路负载效应时，信号电平会在示波器输入端产生衰减，除非仪器具有很高的分辨率，否则将难以测量。问题在于，在有较大信号或偏移的情况下，要实现更高的灵敏度，必须使用更高分辨率的示波器，但此类示波器通常很昂贵，低噪声输入的高质量示波器尤其如此。仅有较高分辨率而没有较低本底噪声，这将毫无用处。设计人员和开发人员需要的是：价格合理且前端本底噪声很低的12位示波器。若要满足这种高分辨率、低前端噪声和低成本的需求，一种解决方案就是TeledyneLeCroy的WaveSurfer4000HD系列高清示波器。本文将讨论高动态范围测量的困难、高清示波器的作用，以及如何有效地将其用于高动态范围测量。示波器垂直分辨率示波器垂直分辨率是指示波器可以处理的最高输入信号与可以检测到的最小信号幅度之比。分辨率一般由模数转换器（ADC）的位数来量化。分辨率等于2的位数次幂。因此，8位转换器的分辨率为28或256:1。12位转换器的分辨率为4096:1，是8位转换器的16倍。多年来，在较高带宽示波器中，数字示波器提供8位分辨率。这是因为ADC做了工程折中，使得以位数衡量的分辨率与ADC的最大采样率成反比。大约八年前，TeledyneLeCroy率先推出12位示波器，称为高清或“HD”示波器。该公司的高清产品线最近新增了WaveSurfer4000HD系列。该系列包括四款示波器，带宽分别为200、350、500和1000兆赫兹（MHz）。这些示波器的采样率皆为每秒5千兆样本（GS/s），这对于12位示波器而言是非常可观的。内置混合信号数字输入、DVM、函数发生器和频率计数器使这种多仪器产品更加完善。该系列以合理的价格提供所有这些功能以及12位分辨率。当然，提高示波器分辨率需要的不仅仅是简单地改变ADC，还需要增强示波器前端的信噪比（SNR），避免灵敏的ADC充满噪声。采用8位前端的12位示波器仍然是8位示波器。但是，WaveSurfer4000HD示波器系列已成功实现HD概念。12位垂直分辨率加上低噪声前端，实现了12位性能。对于任何给定幅度范围，其灵敏度实际上是8位示波器的16倍。
