噪聲是一種無處不在的常見問題。幾乎處理電路的每個人都要用一定的時間處理噪聲，要么找到噪聲來源修復它，要么減少噪聲對測量的影響。噪聲來自于各種各樣的地方，包括設計內部來源或外部來源，噪聲可能會淹沒測試信號。您可能在測量低壓(mV)信號方面正碰到麻煩，如在雷達傳輸或心臟監測儀中，噪聲會使您很難找到信號的實際電壓。噪聲可能使抖動增加，從而很難進行精確分析。因此，要對低電壓信號進行準確測量，不僅要保證示波器本身的低噪聲，而且還需要簡單精確的測量手段。
而示波器的低噪聲設計也一直被追捧，不僅因為低噪聲的重要性，同時還包含其技術挑戰的難度。示波器設計中要考慮到許多因素，只有方方面面都做到精益求精，才能把產品做得像一件精美的藝術品。泰克示波器提供了相應的功能和工具，幫助您處理噪聲。本篇內容分為兩部分，本文將首次披露泰克示波器低噪聲設計細節，以及示波器中常用的測量工具。
低噪聲設計
一、低噪聲前置放大器的設計
眾所周知，示波器的模擬前端，包含衰減電路、緩沖電路和放大器電路都會引入噪聲。這也是示波器的本底噪聲的重要來源。通常都會將模擬前端的設計作為評價示波器噪聲的表現的重要指標。泰克MSO6采用了全新設計的前端放大器Tek061，在較小的伏特/格設置上實現了非常好的噪聲性能。因此在放大小信號觀察細節時， Tek061的優秀表現讓我們脫穎而出。
二、ADC模數轉換的設計
當前使用的數字示波器中，ADC的量化噪聲是示波器噪聲另一來源。MSO6采用了世界上速度最快的新型12位ADC轉換器，內部運行速率達25GS/s，每通道采樣率要比以前的同類示波器高出25%。12位實現了4096種垂直模數轉換電平，分辨率比采用8位ADC的示波器高出16 倍。每條ADC通道基于交織連續接近寄存器(SAR)結構，基于該ADC的TEK049平臺性能可以最高實現了100 GS/s的總吞吐量。這樣就把通道中大量的后端噪聲分散到更大的帶寬上，采用合適的濾波器濾除噪聲，實現精確測量。
三、晶體振蕩器的選擇
MSO6采用的恒溫晶體振蕩器實現了一流的鎖相環ASIC，時鐘路徑的噪聲非常低。采用的時基精度為±20ppb（在校準時, 25℃環境溫度, 在任意 ≥1 ms 間隔上）。實現了產生的時鐘精度非常高，相位噪聲非常低。這么低的相位噪聲，使我們的客戶能夠更準確地進行時間測量。
四、信號通路的設計
差分路徑設計不易受來自其他內部源的串擾影響。信號通常以單端方式進入示波器。所有單端信號都在RF屏蔽之下，使用共面波導傳送，使其與其他外部噪聲源隔開。而一旦信號經過前置放大器，那么它會很快變成差分信號，然后才能脫離屏蔽區域。接地的共面波導是RF設計常用的一種路徑選擇技術。選擇一條路徑，然后在該路徑的兩側放上接地層，從電路板到接地將過孔縫合，這可以防止信號受到任何其他外部噪聲源的耦合影響。
另外，MSO6還特別注意內部屏蔽，尤其是前端，因為這才是真正的焦點。因此，Tek061前端放大器實現全包圍的屏蔽層覆蓋，這樣既有助于實現優異的噪聲性能，又有助于實現通道隔離，這也是這一代產品優于上一代產品的地方。實際上，與其他競爭對手的任何其他產品相比，我們的通道間隔離度都是非常好的。從低噪聲Tek061前置放大器入手，然后防止內部的所有其他噪聲源。我們研制出這種RF屏蔽，并特別注意其他通道的串擾，儀器內部其他噪聲源，比如采集內存，噪聲可能會很大，因此我們必須把它與采集內存屏蔽開。電源的距離要盡可能遠，確保電源的噪聲非常低。
五、電源的設計
干凈的電源是數字電路穩定工作的前提，電源的紋波和噪聲都會影響電源供應的質量，MSO6特別注重低噪聲電源的設計，對電源信號進行了包含頻譜分析在內的大量分析，對不同的雜散信號進行了詳細的頻域分析，然后著力解決掉這些問題。
降低顯示的信號上的噪聲幾種常用方法
首先需要對信號進行穩定觸發，一旦獲得穩定觸發，可以進一步在示波器上調節噪聲顯示。有多種工具可以完成這一點：帶寬限制濾波器、平均采集模式、HiRes采集模式。
1.帶寬限制濾波器
帶寬限制濾波器把示波器的帶寬降低到選擇的頻率。也就是說，高于選定頻率的頻率將從觸發路徑及采集和顯示路徑中衰減或完全去掉。帶寬限制濾波器不僅可以用來保持穩定觸發，還可以用來降低示波器上顯示的噪聲數量。使用帶寬限制濾波器是降低示波器中噪聲的最簡單的方式之一，如果所有不想要的噪聲頻率都高于固定截止頻率，那么特別適合使用帶寬限制濾波器。但是，它也會去掉可能發生的高速毛刺信號。
2.平均采集模式
平均采集模式進行若干個完整的采集，逐點進行平均，獲得采集中每個時間樣點的平均電壓。用戶可以調節平均選項，包括的采集數量。噪聲在采集過程中一般是隨機的，有時上升，有時下降。這些隨機變化在數量足夠多的采集中平均時，它們將抵消，在屏幕上產生穩定的信號。當然，為利用平均采集模式，您的波形必須是重復的，不重復的波形或單次事件不能平均。
平均采集模式會降低各類不相關的信號和隨機噪聲，即使頻率非常低。此外，它適用于所有示波器時間/格設置。由于必須采集多個波形，才能創建一個平均后的波形，因此在輸入信號變化或前面板旋鈕變化時，顯示畫面更新速度可能會很慢，這意味著可能會漏掉偶發的毛刺。但是，相對于帶寬限制濾波器，在某些應用中，平均采集模式的效果要更好，因為可以使用示波器的全部帶寬，捕獲高頻重復事件。
3.HiRes采集模式
泰克示波器包括HiRes采集模式，這種模式與平均采集模式類似，因為它使用平均消除噪聲。HiRes在每個采集上執行矩形平均，平均采集一個波形內的多個相鄰樣點，產生一個平均后的樣點。這會降低高頻噪聲，因為平均可以抵消噪聲引起的電壓高速變化。它還會降低采樣率，因為它把多個樣點轉換成一個樣點。因此，HiRes采集模式只適用于較慢的時間/格設置，在這種情況下，示波器仍有足夠的采樣率測量被測信號。
與平均采集模式不同，HiRes采集模式可以用于不重復的波形和單次波形上。此外，由于只需采集一個波形，HiRes采集模式在輸入或前面板設置變化后顯示更新速度要快得多。把時間上相鄰的多個樣點結合在一起，還減少了在較低時間/格設置上產生假信號的機會。
4.DSP濾波器
另外，示波器提供了后處理DSP濾波器，從信號中去掉某些頻率的噪聲。可以全面控制濾波頻率。盡管這些濾波器可能會很靈活，但它們通常會很慢，只適合單次或更新速率較低的顯示。它們可能會在您不知道的情況下，濾掉感興趣的重要毛刺或異常事件。