I.增強分辨率

增強分辨率函數(shù)應(yīng)用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，其與使用簡單的移動平均濾波器平滑信號類似，但帶寬效率更高，擁有更好的帶通特點。在平均連續(xù)曲線具有重要意義，但由于信號擁有單次特點(信號不能重復(fù)，或不能設(shè)置穩(wěn)定觸發(fā))而不能使用平均函數(shù)時，可以使用這一函數(shù)。

圖1. ERES對話框，左下角顯示了帶寬。

a. 增強分辨率的優(yōu)勢

增強分辨率(ERES)濾波改善了儀器具有微妙差異的兩個特點：

1. 在任何情況下，每個濾波器使用固定數(shù)量都會改善分辨率(即區(qū)分相距很近的電壓電平的能力)。不管信號是否有噪聲，是單次信號還是重復(fù)信號，這都可以有效提高分辨率。

2. 可以改善信噪比(SNR)，具體取決于原始信號中的噪聲形式，因為增強分辨率濾波會降低信號帶寬，進而濾除部分噪聲。

b. 力科示波器中的增強分辨率

力科DSO實現(xiàn)了一套線性相位有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，這些濾波器是為提供快速計算、完美的階躍響應(yīng)、及以0.5位步長在0.5-3位之間改善分辨率、同時使帶寬下降最小而優(yōu)化的。每個0.5位步長對應(yīng)兩倍的帶寬下降，可以簡便地控制帶寬/分辨率之間的矛盾。下表是這些示波器中提供的六種濾波器的參數(shù)。

表1 增強分辨率濾波參數(shù)

使用的濾波器是低通濾波器，因此在具體情況下SNR的實際提高程度取決于信號上存在的噪聲的功率譜密度。如果信號中的噪聲是白噪聲，即均勻分布在頻譜中，濾波器改善SNR的程度與其改善分辨率的程度相同。如果噪聲功率偏向高頻，那么SNR改善程度將好于分辨率改善程度。如果噪聲主要分布在較低的頻率上，那么SNR改善程度可能會低于分辨率改善程度。由于去掉相干噪聲信號而改善SNR的程度(如時鐘信號饋通)取決于信號是否位于濾波器的傳輸頻帶中。通過使用數(shù)字示波器的頻譜分析選項，可以簡便地導(dǎo)出結(jié)果。

增強分辨率對話框(參見圖1)可以協(xié)助用戶為具體應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)臑V波器，表明ERES濾波器的-3 dB帶寬是與當(dāng)前波形的當(dāng)前時基設(shè)置對應(yīng)的實際頻率。

增強分辨率函數(shù)使用的濾波器擁有完全線性相位響應(yīng)，它有兩個所需的屬性。第一，濾波器不會使波形中不同事件的相對位置失真，即使事件的頻率成分不同。第二，在計算濾波的波形過程中，可以完全補償與濾波有關(guān)的正常延遲(輸入波形和輸出波形之間)。

II. 什么時候應(yīng)該使用增強分辨率？

特別適合增強分辨率的主要情況有兩種。第一，如果信號的噪聲明顯很高(且不要求測量噪聲)，那么可以使用增強分辨率函數(shù)“清除”信號。第二，即使信號噪聲不太高，但要求對波形進行高精度測量(可能在高垂直增益的情況下使用縮放)，那么增強分辨率將提高測量的分辨率。

從整體上看，在數(shù)據(jù)記錄具有單次特點或低速重復(fù)特點、不能使用平均函數(shù)的情況下，增強分辨率可以代替平均函數(shù)。

下面的實例介紹了在這些情況下使用增強分辨率函數(shù)。

III. 濾除噪聲

圖2顯示了增強分辨率對有噪聲的信號的影響，這個信號中包含隱藏在上方網(wǎng)格噪聲中的阻尼正弦曲線。下方網(wǎng)格顯示了在3位分辨率增強后的同一信號：現(xiàn)在可以清楚地看到較低電平的振蕩，可以在感興趣的信號上執(zhí)行頻率、幅度或周期等測量。在頻域中查看的同一信號顯示了增強分辨率函數(shù)的低通濾波影響。圖3顯示了圖2中的信號的功率譜。上面的一對曲線顯示了輸入波形和沒有濾波的信號的頻譜，下面的一對曲線則顯示了3位分辨率增強后的信號和信號頻譜。3.0位增強濾波器擁有200 kHz的-3 dB帶寬。在超過這個頻率時，濾波器從信號中去掉能量。

圖2. 使用3位分辨率增強功能濾除有噪聲的信號。

圖4是增強分辨率的另一個工作視圖。我們考察了采集的正弦波及進行3位增強分辨率處理后正弦波的直方圖。上面的直方圖表示通道2中的波形每個樣點的電壓幅度。這是8位數(shù)據(jù)，在使用顯示的2000個二元組繪制直方圖時，由于8位數(shù)字化器的分辨率有限，顯示了象雞冠一樣的外觀。

下面的直方圖是經(jīng)過增強分辨率處理后的同一波形。注意，每個二元組包含著數(shù)據(jù)，表明現(xiàn)在有超過2048個電壓電平(11位)。

IV. 改善帶寬

在許多應(yīng)用中，帶寬損失可能會限制增強分辨率的用處。在這些情況下，可以使用增強分辨率，改善波形分辨率，而不是信噪比?？梢酝ㄟ^兩種方式校正帶寬限制。如果信號是重復(fù)的，那么可以使用隨機通道復(fù)用采樣或RIS。在RIS模式下，示波器對重復(fù)波形的有效采樣率提高到高達200 GS/s。由于增強分辨率帶寬與采樣頻率成比例，因此這可以把處理的帶寬提高達10:1。

圖3. 圖2中的信號的頻譜。

圖4. ERES對由曲線樣點幅度組成的直方圖的影響。

另一種常用技術(shù)是對采集的信號應(yīng)用內(nèi)插。(Sinx)/x內(nèi)插函數(shù)使有效采樣率提高了10:1。選配的內(nèi)插數(shù)學(xué)函數(shù)可以把有效采樣率提高達50:1。在圖5中，上面的一對曲線顯示了以20 GS/s采樣的波形。2位的增強分辨率把帶寬降低到580 MHz。通過應(yīng)用(sinx)/x內(nèi)插，有效采樣率提高到200 GS/s，2位增強的增強分辨率帶寬現(xiàn)在是5800 MHz。

注意事項

增強分辨率函數(shù)只會改善曲線的分辨率，不會改善8位ADC原始量化的精度或線性度。高分辨率濾波器具有良好臨時響應(yīng)的限制，不能使用最大平坦濾波器。因此，傳輸頻帶會導(dǎo)致截止頻率附近的信號發(fā)生小的衰減。所以，在使用這些濾波器時，一定要注意通過的最高頻率可能會略微衰減。圖6是典型高分辨率濾波器的頻響(3位增強濾波器)，其中標出了80 MHz的-3 dB截止頻率或1.6%的Nyquist頻率。

必須在有限記錄長度上執(zhí)行濾波。記錄末端有不連續(xù)點，因為沒有定義這些點上的濾波輸出。數(shù)字示波器沒有顯示這些數(shù)據(jù)點，因此在濾波后曲線變得略短。丟失的樣點與使用的濾波器的脈沖響應(yīng)長度完全相同，因此在2 – 106個樣點之間變化(參見表1)。由于這里介紹的示波器有非常長的波形存儲器，因此通常注意不到這種丟失(在最壞情況下，其只占50,000點曲線的0.2%)。但是，用戶可能會要求濾波很短、沒有數(shù)據(jù)輸出的記錄。在這種情況下，DSO將不允許使用濾波。

圖5. 使用內(nèi)插提高ERES帶寬。

圖6. 3位ERES濾波器的頻響。

VI. 總結(jié)

第III部分和第IV部分的實例分別說明了增強分辨率函數(shù)的功能：一個降低噪聲和低通濾波，另一個是改善垂直分辨率。但在許多情況下，這兩種功能是共存的，其會以與平均函數(shù)非常類似的方式對得到的增強分辨率曲線產(chǎn)生綜合影響。因此，在單次應(yīng)用中，增強分辨率為替代平均函數(shù)提供了理想的方案。