導言：對於數字示波器，工程師極少談及它的分辨率
，談得更多的是帶寬、采樣率等指標。其實，示波器也有分辨率，更準確地說是垂直分辨率，也就是模數轉化器（ADC）的量化位數。ADC位數不僅對垂直分辨率有大的影響，而且還和示波器本身的噪聲和失真水平有關。

談及分辨率
，人們最容易想到的是圖像分辨率。買電視、顯示器、數碼相機、打印機的時候都會考慮這個指標，一般用水平和垂直方向的像素點個數
，或者DPI（Dots Per Inch）來表示。顯然高分辨率圖像更能清楚展示細節。而對於數字示波器
，工程師極少談及它的分辨率，談得更多的是帶寬
、采樣率等指標。示波器也有分辨率

，更準確地說是垂直分辨率，也就是模數轉化器（ADC）的量化位數。一般各個廠家生產的實時示波器ADC位數都為8bit


，故而極少提及垂直分辨率.

實時示波器由於采樣率高，ADC位(wei)數(shu)很(hen)難(nan)提(ti)高(gao)。在(zai)需(xu)要(yao)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)測(ce)量(liang)的(de)場(chang)合(he)經(jing)常(chang)由(you)低(di)采(cai)樣(yang)率(lv)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)卡(ka)來(lai)實(shi)現(xian)。為(wei)滿(man)足(zu)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)測(ce)試(shi)需(xu)求(qiu)
，美(mei)國(guo)力(li)科(ke)公(gong)司(si)研(yan)發(fa)了(le)新(xin)型(xing)實(shi)時(shi)示(shi)波(bo)器(qi)WaveRunner HRO 6Zi，簡稱HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位數到達12bit
，同時具備較高的采樣率 - 2GS/s。存儲深度（記錄長度）可以到達每通道256M采樣點。HRO示波器高分辨率

、高采樣率和長存儲特性使其在多數測試場合中都能替代數據采集卡。當然
，它也具備示波器擅長的測量
、分析和調試功能
，易用性更好。

ADC位數對垂直分辨率有多大影響？我們來看下圖
，這是用8bit示波器和12bit示波器分別對同一個信號采集後，對其中部分波形放大顯示的結果。

         

可以看出8bit示波器采集的波形出現台階狀現象

，這是因為信號的微小變化和ADC量化誤差相當，信號的微小變化淹沒在了量化噪聲中。可能很多工程師使用示波器時並沒有注意到這個現象。好比兩台尺寸相同、分辨率不一樣的電視機

，站在5米外觀看可能看不出差別
，靠近了觀察就能發現低分辨率電視機的像素點更粗
、馬賽克現象更明顯。那麼把示波器捕獲的信號放大、觀察細節，也就有類似的效果。

垂(chui)直(zhi)分(fen)辨(bian)率(lv)還(hai)和(he)示(shi)波(bo)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)噪(zao)聲(sheng)和(he)失(shi)真(zhen)水(shui)平(ping)有(you)關(guan)。打(da)個(ge)比(bi)方(fang)
，一(yi)台(tai)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)電(dian)視(shi)機(ji)，如(ru)果(guo)它(ta)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)噪(zao)聲(sheng)很(hen)大(da)，導(dao)致(zhi)屏(ping)幕(mu)出(chu)現(xian)很(hen)多(duo)雪(xue)花(hua)點(dian)。即(ji)便(bian)是(shi)高(gao)清(qing)片(pian)源(yuan)也(ye)會(hui)被(bei)這(zhe)些(xie)雪(xue)花(hua)點(dian)給(gei)模(mo)糊(hu)了(le)。同(tong)樣(yang)道(dao)理(li)
，示(shi)波(bo)器(qi)ADC能夠分辨的最小電壓也可能淹沒在示波器的噪聲中。如何評估示波器的噪聲水平呢？有的示波器廠家喜歡用基底噪聲（noise floor）：示(shi)波(bo)器(qi)不(bu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)，測(ce)量(liang)基(ji)線(xian)的(de)噪(zao)聲(sheng)大(da)小(xiao)。這(zhe)種(zhong)指(zhi)標(biao)隻(zhi)能(neng)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)。因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)人(ren)使(shi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)時(shi)不(bu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)。有(you)無(wu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)
，示(shi)波(bo)器(qi)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)可(ke)能(neng)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)。下(xia)麵(mian)兩(liang)圖(tu)是(shi)某(mou)示(shi)波(bo)器(qi)沒(mei)有(you)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)和(he)輸(shu)入(ru)一(yi)個(ge)高(gao)信(xin)噪(zao)比(bi)的(de)5GHz正弦波的對比圖
，並分別對時域波形做FFT，觀guan察cha頻pin域yu。在zai沒mei有you信xin號hao輸shu入ru時shi，頻pin域yu噪zao底di比bi較jiao平ping坦tan，而er輸shu入ru正zheng弦xian波bo後hou，除chu了le信xin號hao基ji頻pin和he諧xie波bo分fen量liang以yi外wai，出chu現xian不bu少shao雜za散san，而er且qie噪zao底di的de形xing狀zhuang也ye不bu再zai平ping坦tan。因yin此ci基ji線xian噪zao聲sheng不bu是shi評ping估gu示shi波bo器qi噪zao聲sheng水shui平ping的de合he理li指zhi標biao。

              
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更科學的指標是信號與噪聲失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio ，SINAD），以及有效位數（Effective Number Of Bits，ENOB）。SINAD的測量需要輸入一定頻率一定幅度的高信噪比正弦波給示波器，計算信號功率和噪聲失真功率之比。ENOB在數學上可以通過SINAD計算得到。SINAD、ENOB與輸入信號頻率、幅度的大小以及示波器的工作狀態都有關
，更詳細的說明請參考：http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf

力科HRO不僅ADC位數比其他實時示波器高，也有極低的噪聲水平。典型的信噪比為55dB。而8bit示波器一般隻有35～40dB。下圖是將一個多諧波信號分別輸入到8bit和12bit示波器，轉化到頻域觀察。兩者頻域的垂直刻度和基準都一樣
，可以看出，12bit示波器的頻域噪底比8bit示波器低大約10dB

       

        

我們來看一個實際的測試案例：需要對某開關電源產品中的功率MOS管進行分析。其中有一個測試項是MOS管導通損耗。分別用電壓和電流探頭測量漏源電壓Vds與漏極電流Ids
，在示波器上將兩個波形相乘得到功率波形，導通期間的功率就是導通損耗。由於在導通期間
，Vds與Ids的值都很小，和8bit示波器的量化誤差相當。可以將Vds波形導通時的波形放大觀察，也會出現前文提到的台階狀現象：




而HRO的高分辨率特性使這種誤差大大減小。通過對比測試，8bit示波器測量的導通損耗是1.5W，HRO測量的導通損耗是688mW ：
       

    

使用低分辨率示波器的工程師，也許花費很多精力物力去降低導通損耗，殊不知測量結果主要是量化誤差。

總結：
力科HRO示波器的高分辨率特性，使其特別適合測量和分析微小變化的信號
，如高精度傳感器和執行器；心電、腦電等微弱生理信號；電源噪聲和紋波；無線中頻信號等。