但是在使用示波器做射頻信號測試時，我們不能不對其精度和性能有一定的顧慮。因?yàn)閷?shí)時示波器雖然采樣率很高，但是由于普遍采用8bit的ADC，所以其量化誤差和底噪聲較大。而且傳統(tǒng)示波器只會給出其帶寬、采樣率、存儲深度等指標(biāo)，可供參考的頻域方面的性能指標(biāo)較少。因此，下面我們將通過一些實(shí)際的測試和分析，來認(rèn)識一下示波器的射頻性能指標(biāo)。

底噪聲(Noise Floor)

底噪聲是測量儀器非常重要的一個指標(biāo)，它會影響到測量結(jié)果的信噪比以及測量小信號的能力。傳統(tǒng)上會認(rèn)為示波器的底噪聲較高，因此不適用于小信號測量，其實(shí)并不完全是這樣，最主要原因在于不同儀器對底噪聲的定義方式不一樣。底噪聲的主要來源是熱噪聲以及前端放大器增加的噪聲，這兩部分噪聲通常是和帶寬近似成正比的。比如熱噪聲的計(jì)算公式如下，噪聲功率和帶寬是線性的關(guān)系。

示波器作為一臺寬帶測量儀器，其底噪聲指標(biāo)給出的是全帶寬范圍內(nèi)噪聲的總和，而且也近似和帶寬成正比。

比如在下圖左邊是Keysight公司S系列示波器手冊里給出的底噪聲指標(biāo)。在50mv/div的量程下，4 GHz帶寬的示波器S-404的底噪聲為768uVrms，近似是1GHz帶寬的示波器S-104在相同量程下底噪聲456uVrms的2倍。由于功率是電壓的平方，所以4GHz示波器的底噪聲的功率是相同條件下1GHz示波器底噪聲功率的4倍，和帶寬的倍數(shù)正好相當(dāng)。

正是由于底噪聲和帶寬近似成正比，所以寬帶示波器的底噪聲會比窄帶的大。為了公平，我們可以把示波器在不同量程下的底噪聲歸一化到每單位 Hz 進(jìn)行比較，而這也正是頻譜儀等射頻儀器里對其底噪聲DANL(Displayed average noise level)的描述方法。

比如在每格50mv量程下，示波器的滿量程是8格相當(dāng)于400 mV，對應(yīng)于-4dBm 的滿量程，對于8GHz的S-804A示波器來說，其8 GHz帶寬范圍內(nèi)總的底噪聲是1.4 mVrms，相當(dāng)于-44 dBm，歸一化到每單位 Hz 的底噪聲就相當(dāng)于-143dBm/Hz 。而在更小的量程下， S系列示波器的底噪聲可以達(dá)到-158dBm/Hz，這個指標(biāo)已經(jīng)好于絕大多數(shù)市面上頻譜儀不打開前置放大器的情況。即使在打開前置放大器的情況下，很多頻譜儀的DANL指標(biāo)也僅僅比S系列示波器好幾個dB而已。

下圖是一個S系列8GHz帶寬示波器在最小量程下底噪聲的實(shí)測結(jié)果。中心頻點(diǎn)1GHz，Span=20MHz，除了在1GHz頻點(diǎn)有很小的雜散以外，其在RBW=10KHz下的底噪聲約為-120dBm，相當(dāng)于約-160dBm/Hz。

因此，歸一化到每單位Hz后，示波器的底噪已經(jīng)優(yōu)于絕大多數(shù)頻譜儀在不打開前置放大器時的指標(biāo)，這個指標(biāo)還是相當(dāng)不錯的。由于噪聲是和帶寬成正比的，所以如果信號帶寬只集中在某一個頻段范圍內(nèi)，就可以通過相應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)來濾除不必要的帶外噪聲以提高信噪比，比如很多示波器里的數(shù)字帶寬調(diào)整功能就是一種降低示波器自身底噪聲的方法。

無雜散動態(tài)范圍 (SFDR)

在射頻測試中，除了底噪聲以外，無雜散動態(tài)范圍 (SFDR:Spurious-free dynamic range) 也非常重要，因?yàn)樗鼪Q定了在有大信號存在的情況下能夠分辨的最小信號能量。對于示波器來說，其雜散的主要來源是由于ADC拼接造成的不理想。以2片ADC拼接為例，如果采樣時鐘的相位沒有控制好精確的180度，就有可能造成信號的失真，在頻譜上就會出現(xiàn)以拼接頻率為周期的雜散信號。如果失真比較嚴(yán)重，即使再高的采樣率也無法保證采集到的信號的真實(shí)性。

對于高帶寬示波器來說，不論是采用片內(nèi)拼接還是片外拼接，由于拼接不理想造成的雜散都客觀存在，關(guān)鍵是雜散能量的大小。以Keysight的S系列示波器為例，其采用了單片40 G/s的ADC 芯片，通過專門的工藝優(yōu)化了時鐘分配和采樣保持電路，可以保證很好的一致性。下圖是用Keysight公司的E8267D信號源產(chǎn)生 1GHz信號經(jīng)濾除諧波后在5GHz的Span范圍內(nèi)看到的頻譜，可以看到除了2次和3 次諧波失真外，其雜散指標(biāo)可以達(dá)到-75dBc，相當(dāng)于一臺中等檔次的頻譜儀的水平。