示波器测量“准”与“不准”的问题

[导读] 当波形捕获出来后很多工程师觉得波形占屏幕2格就可以很清晰了，没必要将波形调到铺满屏幕格子去看。其实这是一个误区，今天我们就来看看为什么要让波形铺满示波器屏幕的格子。

当波形捕获出来后很多工程师觉得波形占屏幕2格就可以很清晰了，没必要将波形调到铺满屏幕格子去看。其实这是一个误区，今天我们就来看看为什么要让波形铺满示波器屏幕的格子。

2格显示和尽量满格显示最明显的就是，波形被“拉长”了，也就是垂直档位变小了，而垂直档位的变化直接影响了垂直测量的准确性。这其中最重要就是示波器8位ADC与垂直量测量的关系。

图1 尺子测量

就比如用1米尺子和用10厘米的尺子去量1.6cm的物件，米尺可能量出来的就是2cm，或很难去估算，而10厘米的尺子量出来的就是1.6cm。最小单位越小测量就越精确，如米尺，直尺，千分尺……

垂直档位的变化到底如何影响测量的准确度呢?

1、垂直分辨率对垂直测量的影响

一般数字示波器采用的都是8位ADC，对任何一个波形值都是用256个0和1来重组。假设示波器垂直方向满量程为8格，对应量化级数256。在垂直档位为500mV/div的情况下，垂直精度为(500mV*8)/256=15.625 mV。测量同一个信号，在垂直档位为50mV/div的情况下，即(50mV*8)/256=1.5625 mV，垂直精度就达到了1.5625 mV。

图 2 测量精度

为了尽量使测量准确，可进行以下操作：

使测试信号幅值尽量占到屏幕6div左右。例如一个峰峰值为7Vpp的正弦波，垂直档位应设为1V/div，而不是2V/div或5V/div。实际上，这涉及到一个电压分辨率的问题， ZDS2024 plus示波器ADC的量化分辨率25LSB/div。例如在1V/div电压下，电压分辨率为1V/25=40mv，而当10V/div时，电压分辨率为10V/25=400mv。可知在1V/div下，测量值有更高的分辨率，测量值更准确。

2、实例应用

使用信号发生器产生一个峰峰值为6Vpp的正弦波信号输入ZDS2024 Plus示波器中进行测量，捕获到波形后对波形进行峰峰值测量，如下图3和图4所示。

图 3 5V/div档位下

图4 1V/div档位下

1V/div档位下，量化分辨率为40mv，5V/div档位下，量化分辨率为200mv，在测量时可能会相差1~2个分辨率的误差。

当波形占屏幕1.5格时，所测的峰峰值为6.20V，相差1个分辨率，相对6V的峰峰值误差为3.3%。

当波形占屏幕6格时，所测的峰峰值为6.08V，相差2个分辨率，相对6V的峰峰值误差为1.3%。

扩展： 6.12V和6.20V的测量值是否在误差允许范围内呢?

垂直测量误差允许范围如表1所示。

表1 垂直测量误差范围列表

(1)垂直档位为1V/div，测量值为6.08V条件下允许的误差：

由于上述测量中垂直偏移为0，所以直流偏移准确度为±0.1div±2mv±2%*0=12mv;直流增益精度为2%*(1V*8)=0.16V，所以在1V/div档位下允许误差为0.172V。0.172V>0.08V，所以测量值在误差允许范围内。