在很多應(yīng)用中，設(shè)計人員和測試測量工程師需要進行寬動態(tài)范圍測量，以便在信號幅度較大的情況中查看非常小的信號。此類應(yīng)用包括電源完整性保證、雷達和聲納之類的回波定位和測距系統(tǒng)、核磁共振 （NMR） 和磁共振成像 （MRI） 之類的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，以及采用超聲波的無損檢測。在系統(tǒng)開發(fā)和原型設(shè)計階段，示波器當(dāng)然是進行這些測量的首選工具，但這些主要受限于示波器前端的垂直分辨率。例如，8 位示波器的動態(tài)范圍為 256:1，因此對于 1 V 范圍，理論最小信號為 3.9 毫伏 （mV）。若要在 3.3 V 總線上查看毫伏級紋波信號，則需要更高的靈敏度和偏移范圍。另外，當(dāng)使用高衰減探針來防止電路負載效應(yīng)時，信號電平會在示波器輸入端產(chǎn)生衰減，除非儀器具有很高的分辨率，否則將難以測量。問題在于，在有較大信號或偏移的情況下，要實現(xiàn)更高的靈敏度，必須使用更高分辨率的示波器，但此類示波器通常很昂貴，低噪聲輸入的高質(zhì)量示波器尤其如此。僅有較高分辨率而沒有較低本底噪聲，這將毫無用處。設(shè)計人員和開發(fā)人員需要的是：價格合理且前端本底噪聲很低的 12 位示波器。若要滿足這種高分辨率、低前端噪聲和低成本的需求，一種解決方案就是 Teledyne LeCroy 的 WaveSurfer 4000HD 系列高清示波器。本文將討論高動態(tài)范圍測量的困難、高清示波器的作用，以及如何有效地將其用于高動態(tài)范圍測量。

　　示波器垂直分辨率

　　示波器垂直分辨率是指示波器可以處理的最高輸入信號與可以檢測到的最小信號幅度之比。分辨率一般由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的位數(shù)來量化。分辨率等于 2 的位數(shù)次冪。因此，8 位轉(zhuǎn)換器的分辨率為 28 或 256:1。12 位轉(zhuǎn)換器的分辨率為 4096:1，是 8 位轉(zhuǎn)換器的 16 倍。多年來，在較高帶寬示波器中，數(shù)字示波器提供 8 位分辨率。這是因為 ADC 做了工程折中，使得以位數(shù)衡量的分辨率與 ADC 的最大采樣率成反比。大約八年前，Teledyne LeCroy 率先推出 12 位示波器，稱為高清或“HD”示波器。該公司的高清產(chǎn)品線最近新增了 WaveSurfer 4000HD 系列。該系列包括四款示波器，帶寬分別為 200、350、500 和 1000 兆赫茲 （MHz）。這些示波器的采樣率皆為每秒 5 千兆樣本 （GS/s），這對于 12 位示波器而言是非常可觀的。內(nèi)置混合信號數(shù)字輸入、DVM、函數(shù)發(fā)生器和頻率計數(shù)器使這種多儀器產(chǎn)品更加完善。該系列以合理的價格提供所有這些功能以及 12 位分辨率。當(dāng)然，提高示波器分辨率需要的不僅僅是簡單地改變 ADC，還需要增強示波器前端的信噪比 （SNR），避免靈敏的 ADC 充滿噪聲。采用 8 位前端的 12 位示波器仍然是 8 位示波器。但是，WaveSurfer 4000HD 示波器系列已成功實現(xiàn) HD 概念。12 位垂直分辨率加上低噪聲前端，實現(xiàn)了 12 位性能。對于任何給定幅度范圍，其靈敏度實際上是 8 位示波器的 16 倍。