从前面介绍的一些示波器在射频测验里的典型运用能够看出:因为技能的开展,使得示波器高带宽、多通道的优势十分适合于各种杂乱的超宽带运用,一起其时域、频域的归纳剖析才能也进步了丈量的直观性。
可是在运用示波器做射频信号测验时,咱们不能不对其精度和功用有必定的顾忌。因为实时示波器尽管采样率很高,可是因为遍及选用8bit的ADC,所以其量化差错和底噪声较大。并且传统示波器只会给出其带宽、采样率、存储深度等目标,可供参考的频域方面的功用目标较少。因而,下面咱们将经过一些实践的测验和剖析,来认识一下示波器的射频功用目标。
底噪声(Noise Floor)
底噪声是丈量仪器十分重要的一个目标,它会影响到丈量成果的信噪比以及丈量小信号的才能。传统上会以为示波器的底噪声较高,因而不适用于小信号丈量,其实并不完全是这样,最首要原因在于不同仪器对底噪声的界说办法不一样。
底噪声的首要来历是热噪声以及前端放大器添加的噪声,这两部分噪声通常是和带宽近似成正比的。比方热噪声的计算公式如下,噪声功率和带宽是线性的联系。
示波器作为一台宽带丈量仪器,其底噪声目标给出的是全带宽范围内噪声的总和,并且也近似和带宽成正比。
比方鄙人图左面是Keysight公司S系列示波器手册里给出的底噪声目标。在50mv/div的量程下,4GHz带宽的示波器S-404的底噪声为768uVrms,近似是1GHz带宽的示波器S-104在相同量程下底噪声456uVrms的2倍。因为功率是电压的平方,所以4GHz示波器的底噪声的功率是相同条件下1GHz示波器底噪声功率的4倍,和带宽的倍数正好适当。
正是因为底噪声和带宽近似成正比,所以宽带示波器的底噪声会比窄带的大。为了公正,咱们能够把示波器在不同量程下的底噪声归一化到每单位Hz进行比较,而这也正是频谱仪等射频仪器里对其底噪声DANL(Displayed average noise level)的描绘办法。
比方在每格50mv量程下,示波器的满量程是8格适当于400mV,对应于-4dBm的满量程,关于8GHz的S-804A示波器来说,其8GHz带宽范围内总的底噪声是1.4mVrms,适当于-44dBm,归一化到每单位Hz的底噪声就适当于-143dBm/Hz。而在更小的量程下,S系列示波器的底噪声能够到达-158dBm/Hz,这个目标现已好于绝大多数市面上频谱仪不翻开前置放大器的状况。即便在翻开前置放大器的状况下,许多频谱仪的DANL目标也只是比S系列示波器好几个dB罢了。
下图是一个S系列8GHz带宽示波器在最小量程下底噪声的实测成果。中心频点1GHz,Span=20MHz,除了在1GHz频点有很小的杂散以外,其在RBW=10KHz下的底噪声约为-120dBm,适当于约-160dBm/Hz。
因而,归一化到每单位Hz后,示波器的底噪现已优于绝大多数频谱仪在不翻开前置放大器时的目标,这个目标仍是适当不错的。
因为噪声是和带宽成正比的,所以假如信号带宽只会集在某一个频段范围内,就能够经过相应的数字滤波技能来滤除不必要的带外噪声以进步信噪比,比方许多示波器里的数字带宽调整功用便是一种下降示波器本身底噪声的办法。