如何计算存储示波器的垂直分辨率？

测试仪器

存储示波器的垂直分辨率是指示波器能够分辨的最小电压变化量，它反映了示波器对信号幅度细节的测量能力，通常用位数（bit）来表示，也可通过相关公式换算为具体的电压值。以下为你详细介绍其计算方法：

了解关键参数

要计算存储示波器的垂直分辨率，需要明确以下两个关键参数：

• 模数转换器（ADC）位数（n）：ADC 是将模拟信号转换为数字信号的核心部件，其位数决定了转换后数字信号的精度。位数越高，能够表示的电压等级就越多，垂直分辨率也就越高。常见的 ADC 位数有 8 位、10 位、12 位、14 位、16 位等。
• 示波器的满量程电压范围（VFS）：这是指示波器垂直方向上能够测量的最大电压幅度。例如，如果示波器的垂直档位设置为 1V/div，且屏幕有 8 个垂直格，那么满量程电压范围就是 8V。
  

计算垂直分辨率（电压值）

存储示波器的垂直分辨率（ΔV）可以通过以下公式计算：

ΔV=2n−1VFS​​

在实际应用中，由于 2n 远大于 1，所以公式通常可以近似为：

ΔV≈2nVFS​​

计算示例

• 示例 1：假设一台存储示波器的 ADC 位数为 8 位，满量程电压范围为 8V，那么其垂直分辨率（电压值）为：
  
  

ΔV=288V​=2568V​=0.03125V=31.25mV

这意味着该示波器能够分辨的最小电压变化量为 31.25mV。

• 示例 2：若另一台存储示波器的 ADC 位数为 12 位，满量程电压范围为 2V，则其垂直分辨率（电压值）为：
  
  

ΔV=2122V​=40962V​≈0.000488V=0.488mV

这表明这台示波器能够分辨的最小电压变化量约为 0.488mV，相比 8 位 ADC 的示波器，其垂直分辨率有了显著提高。

影响因素及注意事项

• 噪声干扰：在实际测量中，示波器内部的噪声和外部干扰会影响垂直分辨率的实际效果。即使示波器的理论垂直分辨率很高，但如果噪声水平也较高，那么实际能够分辨的最小电压变化量可能会大于理论值。
• 增益误差和非线性误差：示波器的增益误差和非线性误差也会导致实际测量结果与理论值存在偏差。增益误差会使测量结果的幅度与实际值不成比例，而非线性误差则会使测量结果在不同幅度范围内存在不同的偏差。
• 量程选择：不同量程下的垂直分辨率可能会有所不同。一般来说，在小量程下，示波器的垂直分辨率会相对较高，因为满量程电压范围较小，ADC 的位数能够更精细地划分电压等级。因此，在选择量程时，应根据被测信号的幅度合理选择，以获得最佳的垂直分辨率。