Pico示波器（pico便携示波器最新软件PicoScope）

Pico便携示波器 具有从 8 位ADC分辨率到16位ADC分辨率的多种型号。最高分辨率型号拥有最好的精度。通过仔细和正确的使用PicoScope7 软件，您也可以从任何一款PicoScope上获得具有更高精度的测试结果。下面我们将展示如何通过软件和硬件特征的组合来优化PicoScope的测量精度。

1、使能分辨率增强功能

曾经希望您的示波器具有更高的分辨率吗？可能 8 位分辨率对于您的数字调试来说已经足够了，但是今天您可能需要针对如音频放大器信号等进行更精确的测量。在PicoScope 7中，您可以打开一个称为增强分辨率的信号处理功能来获得额外的4位有效比特位。结果令人印象深刻，但您需要了解其对测量精度和频率响应的潜在影响。

PicoScope 7中的分辨率增强功能是通过一个数字移动平均滤波器来实现的，该滤波器通过对输入信号的高频成分包括量化误差和噪声进行平滑，从而产生更高的有效分辨率（技术原理：https://www.picotech.com/library/oscilloscopes/resolution-enhancement）。在很多情况下，高频成分的衰减不是一个问题，因为您的PicoScope很有可能拥有一个比您需要精确捕获信号更高的硬件采样率和带宽。您通常只需增加采样率即可减少滤波器的低通量效果。从中等带宽到低带宽信号，分辨率增强功能可实现在保证信号较小失真情况下的更高的有效分辨率。

这是个针对1 KHz输入频率的信号峰峰值测量示例，图1为8位分辨率时对1 KHz信号的（没有使用增强分辨率）测量结果：

图1 1 KHz，8位分辨率（没有使用增强分辨率）

图2 1 KHz，12位分辨率（通过对8位进行增强分辨率得到）时的测量结果，我们注意到幅度降低了1.4%，但是测量到的噪声更小了

然而，增强分辨率功能不太适合于高频信号，因为其需要高采样率以准确地捕获您所需要的高频成分。在下面的例子中，我们将信号输入频率增加到了1 MHz，您可以看到分辨率增强功能的低通滤波效果导致了明显的误差：

图3 8位分辨率，1 MHz输入

图4 8位分辨率增强到12位，1 MHz输入。我们注意到幅度上有约11%的衰减

当然，分辨率和测量精度是不一样的。增强分辨率使得您能够测量更小的信号变化，但是PicoScope 7的测量精度无法比示波器硬件做得更好。在示波器的手册中可以确认精度指标，包括增益精度和偏移精度。

2、使用FlexRes®可调分辨率

FlexRes®可调分辨率是一个基于硬件实现的特征，所有的PicoScope5000D系列以及部分PicoScope 4000和6000E系列均具备该特征。不像增强分辨率功能，FlexRes 可调分辨率不涉及到数字滤波，因此对高频信号几乎没有影响。查看示波器的手册可了解FlexRes对采样率和存储深度的影响。取决于不同的示波器型号，分辨率的可调范围可从8位（适用于高速数字逻辑信号）到16位（适用于高信号完整性需求的音频信号的精确测量）—— 什么是FlexRes？为了更多的细节。它能够赋予您在一台示波器中实现高采样率和高分辨率的组合效果。下面是一个例子说明FlexRes可调分辨率相对于分辨率增强功能的优点。首先，我们在8位分辨率情况下捕获一个1MHz的正弦波。

图5 PicoScope FlexRes可调分辨率示波器设置为8位

接下来，这是针对同一个测量，但8位的硬件分辨率被软件增强到12位。波形很清晰但不够精确，因为测量到的幅度下降了约11%.

图6 8位捕获，使用12位增强分辨率

最后，通过FlexRes可调分辨率功能将示波器切换到12位分辨率。现在我们看到了一个不仅清晰而且幅度精确的波形：

图 7 12位FlexRes捕获的波形

3、选择正确的电压范围

动态范围就是您的示波器能够测量的电压范围，从最高到最低。就像大部分示波器一样，PicoScopes拥有一个对称的动态范围，因此如果在一个特定的电压范围下最高电压是 1V，那么最低的电压将是-1 V. 我们称该范围为±1 V.

如果您想要最好的分辨率，不要将你的示波器设置到它的最大范围。虽然这相比于频繁地改变测量范围要更加方便但这将浪费您的示波器能力。以一个8位示波器为例，它的ADC量化等级为256（2的8次方）。表1展示了您期望从这台示波器的±20 V范围和±1 V范围所得到的理想的电压分辨率。

实际情况下示波器能够提供的电压分辨率相较于表中的理想数据略微粗糙些，因为一些ADC的动态范围被留作用于内部的调整。下面的波形展示了sub-1-volt正弦波信号在不同电压范围下的效果。

图8 sub-1-volt信号在±20 V量程下的效果。电压台阶约为190 mV

图9 sub-1-volt信号在±1 V量程下的效果。电压台级约为9 mV

从这得到的启发就是尽可能地选择与信号相匹配的最低电压范围。如果您选择电压范围为“Auto”，PicoScope可以为您自动选择合适的电压范围。不必担心示波器过载：只要输入信号幅度在指定的最大损坏范围内（包括50欧姆输入的任何限制，如果您的示波器包含有50欧姆输入的话），选择错误的电压范围将不会损坏仪器。注意自动量程设置范围：PicoScope7具有连续的自动设定量程范围，类似于数字万用表，其反复的调整直到得到匹配信号的最小电压范围，这可以避免手动繁琐的操作。许多同类示波器只拥有单次自动设置量程范围，每次幅度变化需要您按一次按钮。

4、使用自动排版功能

为了使得多通道的波形与显示相匹配，可使用PicoScope 7的Views > Axislayout > Auto arrange功能。这在没有改变您所选择的输入范围的情况下改变了波形的显示刻度。即使波形曲线显示更小了，但分辨率和精度和以前是一样的。如要看到额外的细节，简单地放大下波形即可。

图10 重叠轴的三通道波形

图11 自动调整后的三通道波形。输入幅度没有变化，所有分辨率和测量精度也不会发生变化

5、消除任何DC偏移

测量一个带有巨大DC偏移的信号会是一个挑战。这类信号常见于电源供给电路，比如，您可能对加到高边晶体管上的门级切换脉冲感兴趣，其连接到了电源的正端。如果将该信号直接接入示波器中，您需要选择一个大电压范围才能包括偏移。该脉冲将只占有输入范围的一小部分，这就使得精确测量变得困难。

针对这个问题有两种技术解决方案：

1. AC 耦合

2. DC 偏移调节

几乎所有的示波器都有AC耦合模式。只需按一个按钮即可将DC偏移消除，使得您能够使用整个输入范围对脉冲及其它的信号特征进行查看。问题解决了，对吗？还不完全是。首先，你已经丢失了所有关于DC偏移的信息。它的幅度是多少呢？它稳定吗？您将对此一无所知，除非切换回DC耦合和一个更高的电压范围。如果您决定将信号连接到另外一台设备，您可能会因为没有认识其真正的幅度而超出它的最大输入允许范围，这将带来安全问题。其次，AC耦合并不完美——它允许低频信号以较低的幅度通过。因此任何DC偏移的漂移都将轻微的干扰到您的AC耦合信号，给您的测量增加误差。这引领我们来到DC偏移调节功能，这是高性能示波器上的一个非常有价值的功能。它允许您为输入信号增加一个可调节的电压从而消除任何不想要的偏移。结果是信号将获得示波器中匹配的最小输入范围，从而最大化的利用ADC的全部分辨率和精度。给您的信号中增加一个偏移会带来进一步的误差，因此将此包含在您的计算中将变得非常重要。PicoScope的手册中给出了关于DC偏移调整函数精度的详细指标。同时您需要详细查看数据手册中以确保示波器对于您的应用有足够的偏移调节范围。

这是一个带有大DC偏移的信号示例，展示了它在AC耦合下和DC偏移调节后的情况。首先，我们在±20 V电压范围下将其捕获。当我们放大它时，我们能够看到较差的分辨率，ADC量化电平等级约为180mV:

图12 1 V峰峰值正弦波，10 V偏移，±20 V电压范围下捕获

接下来，在AC耦合下对同一个信号进行测量，这允许我们将输入电压范围调整到±1V，我们消除了大的量化误差，但是我们对隐藏的10 V DC偏移一无所知。

图13 AC耦合下的同一个信号，±1 V输入电压范围

最后，我们将用DC偏移调节功能以增加一个-10 V的偏移。我们不得不设置输入电压范围为±5 V，因为PicoScope3000D系列示波器不能够在更高灵敏度的电压范围下提供该级别的偏移。如果有更多的预算，我们可以使用PicoScope6000E系列示波器在±1 V范围下获得所期望的偏移。尽管如此，即使在这样的电压范围下我们也很难看到量化台阶：

图 14 DC耦合和DC偏移调节下测量同样的信号，±5 V输入电压范围

通道按钮提醒我们所施加的偏移量。我们可以利用该信息计算原始信号的电压：

就像您所看到的，DC偏移调节是一个非常有价值的功能，它比在屏幕上移动波形曲线做得更多。

6、选择一台深存储示波器

到目前为止，我们已经讨论了幅度精度，但时间上的精度呢？PicoScope 7能够测量大量的时域参数如脉冲宽度，上升时间和频率，为了获得最好的结果，选择一台合适的示波器并进行正确的设置是很重要的。深存储对于精确时间测量来说是一个非常重要的助手。PicoScope深存储示波器具有从几百MS到几GS的捕获内存。深存储使得示波器能够在长时基情况下保持最高的采样率，使得您能够以高分辨率对长时间波形进行时间测量。没有深存储，您的示波器在长时基下将不能使用最高采样率，从而降低了时间精度。

比如说PicoScope 6000E系列深存储示波器，具有最高5GS/s的采样率以及200 ps的时间分辨率。使用PicoScope7软件单次采集能够捕获高达1G个样本点。因此，您能够在最大采样率下捕获高达200ms的波形而时间细节仍旧可达到200 ps的分辨率。和幅度精度一样，时间精度和您的示波器硬件精度一样好。可以从产品数据手册上了解时基漂移和抖动的指标。深存储同样对幅度测量有影响。如果您的示波器采样率过低，波形将会失真且幅度测量将变得不精确。在下面的几个示例中，我们测量了1MHz正弦波的峰峰值电压。我们从一个快速200 us/div的时基开始，使得波形形状能够被精确的捕获到。任何一款基本的示波器都能做到这一点，即使是一款浅内存的便宜示波器也能够做到。为了证明这一点，我们通过在PicoScope7中限制捕获内存至100 kS来模拟一台浅内存示波器。PicoScope测量到了正确的峰峰值电压：

图15 41 MS/s的采样率（足采样）采集1 MHz信号，峰峰值为1.3 V

接下来，我们决定进行一次更长的捕获——也许我们正寻找波形中长期的凹陷或者跌落——因此我们降低时基到2 ms/div. 因为捕获内存的限制，示波器被迫以更低速度进行采样，约为5MS/s，因此波形产生了失真且峰峰值测量中产生了一个非常重要的错误：

图16 5 MS/s的采样率（欠采样）采集1 MHz信号，峰峰值为1.2 V

最后，不改变时基的情况下，我们去除了100 KS的捕获内存限制，允许PicoScope使用它的深存储。这使得波形恢复到了其正确的形状并消除了峰峰值测量误差：

图17 深存储下测量1 MHz正弦波，重新显示了正确的峰峰值测量结果

该演示说明了大部分PicoScopes中所具备的深存储有助于维持精度，特别是在长时基的情况下维持精度。

结论

PicoScope 7将成为PicoScope示波器的新标准软件。它包含有所有您所需要的特征以实现精确测量，且比先前的软件更容易使用。正如您所看到的，显示面板上展示了更多的信息以减少您再菜单中的搜索。无论你是否拥有一台PicoScope，您都可以下载一个免费的软件版本安装试用体验。

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