示波器的垂直噪聲主要來自兩個方麵：

 

1） 模擬前端電路的噪聲：包括衰減電路的噪聲、緩衝電路的噪聲
、放大器的噪聲以及電源的噪聲。

 

因為隨機噪聲的無界性、隨(sui)機(ji)性(xing)，帶(dai)寬(kuan)越(yue)高(gao)，噪(zao)聲(sheng)頻(pin)譜(pu)越(yue)寬(kuan)，模(mo)擬(ni)前(qian)端(duan)電(dian)路(lu)的(de)噪(zao)聲(sheng)越(yue)大(da)。示(shi)波(bo)器(qi)的(de)基(ji)線(xian)本(ben)底(di)噪(zao)聲(sheng)主(zhu)要(yao)由(you)這(zhe)部(bu)分(fen)決(jue)定(ding)，這(zhe)也(ye)是(shi)評(ping)價(jia)模(mo)擬(ni)前(qian)端(duan)設(she)計(ji)好(hao)壞(huai)的(de)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)。

 

2） 模擬信號數字化過程產生的噪聲：主要是ADC的量化噪聲。

 

關於ADC的量化噪聲，貝爾實驗室的W. R. Bennett 1948年發表的經典論文中有一條很有名的公式可以表征：

示波器不可忽略的一個重要參數

 

以ZDS2022中使用的ADC為例，它的分辨率為8bit，采樣率為1GSa/s，帶寬為200MHz，計算可得ADC量化過程的信噪比為53.9dB。所以在最小垂直檔位2mV/div下的量化噪聲有效值為14uVrms
，基本可以忽略不計，在該檔位下噪聲主要來自模擬前端。測量10mVpp的方波，波形跡線會變粗，測量誤差主要來自模擬前端的本底噪聲。

圖 1 2mV/div檔位下測試10mVpp的方波峰峰值誤差

 

但是當垂直檔位越大
，量化噪聲逐漸占主導地位，而模擬前端噪聲雖然會隨著放大器的增益變化產生微小的改變
，但是仍然在2mV以下。

 

示波器通常為了防止ADC超出限製
，留了±1div的裕量，實際垂直幅度範圍為10div，所以在1V/div檔位下ADC的1LSB為40mV左右
，按照最大量化誤差±0.5LSB計算，ZDS2022在該檔位下的量化噪聲為40mVpp。測量幅度為5Vpp的方波信號
，測量誤差主要來自量化噪聲。

圖 2 1V/div檔位測試5Vpp方波信號的峰峰值誤差

 

 

示波器垂直噪聲會從很多方麵影響信號的精確測量
，它會：

 

1） 引入幅度測量誤差
；

 

2） 引入sin（x）/x波形重建不確定度；

 

3） 在進行小信號測量時會導致觸發抖動，無法穩定波形
，這時必須設置觸發耦合為高頻抑製，並適當增大觸發靈敏度。

 

4） 產生顯示不良的“胖波形”。

 

 

既(ji)然(ran)底(di)噪(zao)如(ru)此(ci)重(zhong)要(yao)，要(yao)怎(zen)麼(me)評(ping)估(gu)一(yi)台(tai)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)底(di)噪(zao)呢(ne)
？通(tong)常(chang)認(ren)為(wei)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)基(ji)線(xian)本(ben)底(di)噪(zao)聲(sheng)是(shi)示(shi)波(bo)器(qi)垂(chui)直(zhi)檔(dang)位(wei)置(zhi)於(yu)靈(ling)敏(min)度(du)最(zui)高(gao)條(tiao)件(jian)下(xia)測(ce)得(de)的(de)。但(dan)是(shi)市(shi)麵(mian)上(shang)很(hen)多(duo)示(shi)波(bo)器(qi)在(zai)最(zui)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)檔(dang)位(wei)下(xia)，由(you)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)增(zeng)益(yi)大(da)於(yu)40dB，帶dai寬kuan通tong常chang會hui有you所suo降jiang低di。所suo以yi要yao比bi較jiao不bu同tong示shi波bo器qi的de底di噪zao，應ying該gai把ba相xiang同tong帶dai寬kuan特te征zheng的de示shi波bo器qi放fang在zai一yi起qi，對dui比bi他ta們men在zai全quan帶dai寬kuan條tiao件jian下xia最zui高gao靈ling敏min度du檔dang位wei的de基ji線xian本ben底di噪zao聲sheng。

 

因為噪聲服從高斯分布

，存在隨機性、無界性，噪聲測量中收集的數據越多，得到的噪聲峰峰值偏移更高，基於這一原因像垂直噪聲和隨機抖動這類隨機現象應使用RMS（均方根）值來進行定義和測量。

 

為了比較各公司不同型號示波器的基線本底噪聲，需要將它們各種設置置於盡量接近的條件，步驟如下：

 

1） 打開通道1，設置為直流耦合，輸入阻抗設置為1MΩ
，關閉帶寬限製

，置於2mV/div垂直檔位
；

 

2） 斷開探頭的連接，將輸入端口接地，並遠離可能耦合進來的噪聲源；

 

3） 將時基檔位設置為20ns/div，存儲深度盡量選擇接近的值
；

 

4） 正確設置觸發通道與觸發電平；

 

5） 關閉其他通道（某些型號示波器由於多通道共用單片ADC
、存儲芯片，在開啟多個通道時會降低采樣率、存儲深度等參數）。

 

6） 打開示波器的測量功能
，選擇電壓有效值（RMS-AC）測量；

 

7） 為了對比更明顯
，設置餘輝時間為10s。

 

下圖分別是ZDS2022、T公司的MDO3054（為了帶寬一致，已開啟250MHz帶寬限製）
、A公司的MSO-X 3012A測試的基線本底噪聲結果。

圖 3 ZDS2022底噪測試