示波器高分辨率测量解决方案

更新时间：2025-06-12

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示波器作为重要的测试测量工具的，被誉为“工程师之眼"，其使用价值贯穿产品设计研发和测试验证的全生命周期。在需要高分辨率测量方案的应用中，用户往往更关心示波器使用价值。如：

- 电源完整性测试：如何确保电源测量的精度，如何捕捉微伏级的电压波动，如何提高测试结果准确性。

- 信号完整性测试：在处理PAM-N等高阶调制的信号时，如何获得更清晰的眼图和更精准的抖动测量结果，如何保证测量一致性等问题。

- 频谱分析测试：如何在高频高精度的测试应用中利用示波器进行时域/频域的联合测试。

示波器想要获得更高的测量精度，需要同时满足两个关键参数：高位数模数转换器（ADC）和低本底噪声，这两者共同决定示波器能否满足客户对高精度和低电压的测试需求。

下面我们将从以下几个角度阐述高分辨率解决方案：

- 高分辨率测量需关注的关键参数；

- 改善测量精度的方法；

- 高分辨率示波器的应用场景；

- 如何选择适合的高分辨率示波器；

ADC位数和最小分辨率

ADC位数和最小垂直分辨率对于信号测量非常重要，ADC位数决定了示波器在垂直方向上的量化等级。示波器对信号进行采样时，ADC会将信号分为多个垂直二进制数据（有时称为量化电平或模数转换电平），二进制数据量化越多，采样的信号分辨率就越高。这些量化电平在ADC中表示为2N，N表示ADC位数。12bit ADC垂直方向量化等级（2¹²=4096）是8bit ADC（2⁸=256）的16倍。如果用户将垂直刻度调整至100mV/div，满屏幕即800mV（8div×100mV/div），那么，8bit示波器量化的信号最小幅度为800mV/256=3.125mV；12bit示波器量化的信号最小幅度则为800mV/4096=195.3μV。

SFDR

无杂散动态范围（SFDR）指载波频率（最大信号成分）的RMS值与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS值之比。简言之，SFDR规定了ADC以及系统从其他噪声或其他杂散频率中解读载波信号的能力，可从大干扰信号中分辨出最小信号的能力。对于设计良好的ADC内核，SFDR一般主要由载波频率和目标基波频率的第二和第三谐波之间的动态范围构成。一些窄带ADC只会定义较窄工作频段的SFDR，这时第二和第三谐波都位于带外，多数差分输入的ADC具有良好的共模噪声抑制能力，其SFDR性能会同时受到前端器件的影响，尤其是采集系统在ADC输入将单端信号转换成差分信号的这一过程。

利用高分辨率示波器的测试应用

高分辨率、低本底噪声获得更好的信号特征

噪声就像一个无处不在的“小麻烦"，其存在于各类电子设备和信号传输环境中。高分辨率如同为工程师配备了一台“超级显微镜"，能清晰地放大信号细节，发现隐藏在信号中的微弱噪声。

高分辨率在电源测试中将获得诸多收益

DeepSeek的强大让很多人看到了AI算力带来的无限可能。无论是DeepSeek还是ChatGPT亦或是豆包，AI大模型训练的背后是高算力芯片组成的大型运算网络，而电源是算力芯片的能量来源，芯片功耗和散热则是制造商的难题之一，可行方法就是使用更低的工作电压，从而降低芯片的功耗整体。当今算力芯片工作电压基本在1V甚至更低，这对芯片电源网络设计和测量带来了极大的挑战。

算力芯片-纹波和噪声测试

对于芯片电源供电网络，纹波要求越小越好，算力芯片的纹波如果过大，将会扰乱逻辑参考的基准，在高速变化的逻辑信号上产生抖动，进而产生信号传输的误码（芯片误将传输的1当做0，把0当做1），影响芯片性能，甚至无法工作。而算力芯片由于其更低的工作电压，导致电源留给纹波和噪声的裕量变得非常小，如果不能准确测试出纹波和噪声，对芯片算力的影响将是不可逆的。