如何使用示波器进行射频信号测试

0、S、V、Z系列多通道示波器方案。

下图展示的是基于 Z 系列示波器的多通道级联方案以及示波器里的多通道测量软件，目前可以支持最多10台示波器的级联，提供20路同步的带宽高达 63 GHz 的测量通道，或者40路带宽为33GHz测量通道。通过精确的时延和抖动校准，通道间的抖动可以控制在150fs(rms)以内。

EMI/EMC 预调试功能

很多射频产品除了要遵循EMC规范外，EMI现象也影响产品的性能，尤其是在噪声和抖动方面，如果不小心处理，则有可能破坏整个电路的功能，因此许多电路设计指南都会包括保护频段、参考地平面、回路、电源控制环回以及扩频时钟，目的就是最小化EMI效应。

EMI问题产生的常见原因包括开关电源、电源滤波、地阻抗、液晶屏、金属屏蔽壳静电、电缆屏蔽不好、布线路径内部耦合、器件的寄生参数以及信号回路不完全等。EMI问题常见的分析方法是用频谱分析仪接收机。但很多工程师也许不熟悉的是，示波器是可以用在EMI预调试上的，以前大家的一个顾虑是示波器大都使用8-bitADC，幅度和相位频响不是很好，而随着像Infiniium S系列示波器在500 MHz~8GHz带宽内使用10-bitADC，V系列在8GHz~33 GHz带宽内将本底噪声降到很低，示波器在EMI预调试方面增加很多功能，包括频域模板、近场探头、多达8个FFT同时分析，画图(任意位置)触发，模拟、逻辑信号和串行信号同时分析等。

下图是可用于 EMI 预调试的近场探头以及频域模板触发的实例。

四、 示波器的射频性能指标

从前面介绍的一些示波器在射频测试里的典型应用可以看出:由于技术的发展，使得示波器高带宽、多通道的优势非常适合于各种复杂的超宽带应用，同时其时域、频域的综合分析能力也提高了测量的直观性。

但是在使用示波器做射频信号测试时，我们不能不对其精度和性能有一定的顾虑。因为实时示波器虽然采样率很高，但是由于普遍采用8bit的ADC，所以其量化误差和底噪声较大。而且传统示波器只会给出其带宽、采样率、存储深度等指标，可供参考的频域方面的性能指标较少。因此，下面我们将通过一些实际的测试和分析，来认识一下示波器的射频性能指标。

底噪声(Noise Floor)

底噪声是测量仪器非常重要的一个指标，它会影响到测量结果的信噪比以及测量小信号的能力。传统上会认为示波器的底噪声较高，因此不适用于小信号测量，其实并不完全是这样，最主要原因在于不同仪器对底噪声的定义方式不一样。底噪声的主要来源是热噪声以及前端放大器增加的噪声，这两部分噪声通常是和带宽近似成正比的。比如热噪声的计算公式如下，噪声功率和带宽是线性的关系。

示波器作为一台宽带测量仪器，其底噪声指标给出的是全带宽范围内噪声的总和，而且也近似和带宽成正比。

比如在下图左边是Keysight公司S系列示波器手册里给出的底噪声指标。在50mv/div的量程下，4 GHz带宽的示波器S-404的底噪声为768uVrms，近似是1GHz带宽的示波器S-104在相同量程下底噪声456uVrms的2倍。由于功率是电压的平方，所以4GHz示波器的底噪声的功率是相同条件下1GHz示波器底噪声功率的4倍，和带宽的倍数正好相当。

正是由于底噪声和带宽近似成正比，所以宽带示波器的底噪声会比窄带的大。为了公平，我们可以把示波器在不同量程下的底噪声归一化到每单位 Hz 进行比较，而这也正是频谱仪等射频仪器里对其底噪声DANL(Displayed average noise level)的描述方法。

比如在每格50mv量程下，示波器的满量程是8格相当于400 mV，对应于-4dBm 的满量程，对于8GHz的S-804A示波器来说，其8 GHz带宽范围内总的底噪声是1.4 mVrms，相当于-44 dBm，归一化到每单位 Hz 的底噪声就相当于-143dBm/Hz 。而在更小的量程下， S系列示波器的底噪声可以达到-158dBm/Hz，这个指标已经好于绝大多数市面上频谱仪不打开前置放大器的情况。即使在打开前置放大器的情况下，很多频谱仪的DANL指标也仅仅比S系列示波器好几个dB而已。

下图是一个S系列8GHz带宽示波器在最小量程下底噪声的实测结果。中心频点1GHz，Span=20MHz，除了在1GHz频点有很小的杂散以外，其在RBW=10KHz下的底噪声约为-120dBm，相当于约-160dBm/Hz。

因此，归一化到每单位Hz后，示波器的底噪已经优于绝大多数频谱仪在不打开前置放大器时的指标，这个指标还是相当不错的。由于噪声是和带宽成正比的，所以如果信号带宽只集中在某一个频段范围内，就可以通过相应的数字滤波技术来滤除不必要的带外噪声以提高信噪比，比如很多示波器里的数字带宽调整功能就是一种降低示波器自身底噪声的方法。

无杂散动态范围 (SFDR)

在射频测试中，除了底噪