梳理目前市面上各种品牌和型号示波器,在ADC采样后改善分辨率的方法可以归纳为三种信号处理算法:平均,线性相位FIR滤波、分组平均。今天先介绍第一种平均。
1.平均(Average)
如果信号是周期可重复的,示波器每采集n段重复波形,把它们按触发位置对齐,相加后除以n,得到1段平均后的波形。
平均能降低随机噪声。如果平均前随机噪声的标准偏差为σ,则随机噪声的功率N=σ。假设信号功率为S。则信噪比SNR为
SNR(indB)=10*lg(S/N)
平均后随机噪声的标准偏差减小到σ/,则功率减小到N/n。而信号功率基本未变,此时信噪比(dB)
为
SNR(indB)=10*lg(n*S/N)=10*lg(S/N)+10*lg(n)
也就是信噪比(dB)提高了10lg(n)。
例如4次平均,信噪比可以提高大约6dB,分辨率提高1bit。64次平均,信噪比提高18dB,分辨率提高
3bit。
平均算法是最简单的分辨率改善方法,但有以下局限和代价:
1)只能用于周期信号。
2)平均只能降低随机的、不相关的高斯白噪声,对于相关的噪声和干扰作用不大。
3)平均算法会显著降低示波器波形更新率。例如欲将分辨率从8bit改善到12bit,需要每采集256次做一次平均,波形更新率降低不止256倍。
4)平均可能引起波形失真。每段波形是按触发位置对齐,而触发点在每段波形上的相对位置并不固定。因为噪声会导致信号每次穿越触发电平的相对水平位置不一样。
触发位置抖动的结果是每段波形被错位相加,平均后波形失真。当信号本身的噪声比较大时,失真现象更明显。 [audio01] [p:1]