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充分利用示波器分辨率的秘诀——直流偏置
引言
直流偏置也叫模拟偏置,它是PicoScope示波器中一项重要的功能。如果用的好,它能让你的示波器发挥最优测试性能,在测量小信号时候获得最佳的垂直分辨率,物尽其用。
直流偏置的工作原理是在输入信号上叠加以一个直流电压,如果信号原本超过了示波器的模数转换(ADC)量程,这个偏置可以把信号调整回来适应ADC的输入范围。
图1:超出量程的信号和经过直流偏置调整回来的信号
典型应用:LVDS信号
LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) 用一对差分线缆来传输两种相位相反的信号,标称的电压如下:
幅度: 350mV 峰峰值
共模偏置: 1.2V
高电平:1.2V + 0.5 x 350mV = 1.375V
低电平: 1.2V – 0.5 x 350mV = 1.025V
图2:LVDS的正负极性信号V+ 和V-
注:本测试中使用的示波器型号是PicoScope 6404B,4通道500MHz示波器, 8bit分辨率,使用被测信号是自行模拟产生的LVDS信号。
不使用直流偏置会怎么样?
接下来的一张图显示了一个仿真的LVDS信号 (差分信号的一半),我们选择了±2V的量程,这是能完整采集整个信号的最小量程了(最大可能的灵敏度)。纵然示波器有8bit的分辨率,相当于256个电压差级,信号只占到整个量程的很小一部分,准确地说是4V中的350mV, 或者22个电压差级。 这说明我们只用了 log22/log2 ≈ 4.5bit 的ADC分辨率,还有3.5bit完全浪费了。
图3:仿真的LVDS信号
这时候把信号放大,就能很明显地看到低分辨率的恶果,我们用游标量了一下,噪声测量出来是16mV,接近一个ADC的电压差级(4V / 256 = 15.6mV)
图4:低分辨率的信号经过放大
使用直流偏置的结果
在PicScope 软件里面,每个通