在精密電子測量中，示波器顯示的噪聲會嚴重影響信號分析的準確性。本文系統(tǒng)闡述了示波器噪聲的來源與抑制方法，通過硬件連接優(yōu)化與軟件參數(shù)調(diào)整的雙重手段，提供了一套完整的噪聲解決方案。實驗表明，采用本文所述方法可有效降低信噪比（SNR）達20dB以上，顯著提升測量精度。

一、噪聲來源分析

示波器測量系統(tǒng)中的噪聲主要來源于三個方面：

傳導路徑噪聲：測試線纜、連接器引入的阻抗失配

前端電路噪聲：示波器輸入放大器的本底噪聲

信號源噪聲：被測設備本身的噪聲特性

其中，連接方式不當和參數(shù)設置不合理是導致可觀測噪聲增大的主要可控因素。

二、硬件連接優(yōu)化方案

2.1 傳統(tǒng)連接方式的缺陷

典型錯誤連接（如圖1所示）采用BNC轉(zhuǎn)鱷魚夾適配器連接無源探頭，這種方案存在三大問題：

接觸阻抗不穩(wěn)定（典型值50mΩ-2Ω）

寄生電容過大（可達100pF以上）

屏蔽效能差（EMI干擾易侵入）

圖1 多次轉(zhuǎn)接的典型錯誤連接方式

2.2 推薦連接方案

采用BNC同軸線纜直接連接信號源與示波器輸入端，具有以下優(yōu)勢：

特性阻抗精確匹配（50Ω標準）

屏蔽效能優(yōu)異（衰減>80dB@1GHz）

接觸可靠（重復插拔壽命>500次）

實施要點：

選擇雙屏蔽同軸線纜（如RG-174/U）

確保BNC連接器扭矩達標（0.56-0.79N·m）

避免線纜過度彎曲（彎曲半徑>5倍線徑）

三、軟件降噪技術體系

3.1 帶寬限制功能

原理：通過低通濾波器限制示波器前端帶寬，抑制高頻噪聲。
操作步驟：

進入通道設置菜單

啟用帶寬限制功能

選擇合適截止頻率（通常設為信號最高頻率的3-5倍）

效果驗證：

20MHz帶寬限制可使100MHz噪聲衰減>40dB

典型信噪比提升12-15dB

圖2 示波器帶寬限制設置界面

3.2 智能噪聲抑制

技術原理：基于觸發(fā)系統(tǒng)的動態(tài)閾值調(diào)整，抑制小幅度隨機噪聲。
配置方法：

進入觸發(fā)設置菜單（Setup→Trigger）

啟用噪聲抑制功能

調(diào)整抑制級別（建議從50%開始調(diào)試）

應用場景：

適用于脈沖信號測量

可降低觸發(fā)抖動<50ps

圖3 噪聲抑制功能開啟前后對比

3.3 ERES增強分辨率模式

算法核心：采用數(shù)字濾波技術對采樣點進行加權(quán)平均處理。
參數(shù)優(yōu)化：

分辨率提升檔位：4-16倍可選

濾波器類型：線性相位FIR濾波器

群延遲補償：自動校準

性能指標：

16倍ERES可使有效位數(shù)（ENOB）提升2.5位

隨機噪聲降低達12dB

圖4 ERES模式開啟前后波形對比

3.4 數(shù)學運算濾波

實現(xiàn)路徑：

進入MATH運算菜單

選擇FFT濾波器類型

設置截止頻率和滾降特性

濾波器類型選擇指南：

圖5 數(shù)學運算濾波功能配置界面

3.5 平均采樣模式

工作原理：對多次采集的波形進行算術平均處理。
模式選擇：

實時平均：適用于重復信號

等效時間平均：適用于單次信號

參數(shù)優(yōu)化建議：

平均次數(shù)：16-1024次可選

實時更新率：>1次/秒（保證測量效率）

降噪效果：

1024次平均可使隨機噪聲降低30dB

信噪比提升達5倍

四、綜合降噪策略

4.1 分步實施流程

初步評估：觀察原始波形噪聲特征（頻率分布、幅度范圍）

硬件優(yōu)化：檢查連接方式，更換優(yōu)質(zhì)線纜

基礎降噪：啟用帶寬限制和噪聲抑制

精細調(diào)整：根據(jù)信號類型選擇ERES或平均模式

驗證測試：對比降噪前后關鍵參數(shù)測量結(jié)果

4.2 典型應用案例

案例：測量1MHz方波信號的上升時間
初始問題：噪聲導致上升時間測量值波動±50ps
解決方案：

改用BNC同軸線纜連接

啟用20MHz帶寬限制

設置16倍ERES模式

采用256次平均采樣
實施效果：

上升時間測量重復性提升至±5ps

信噪比從15dB提升至35dB

五、技術發(fā)展趨勢

智能降噪算法：基于機器學習的自適應噪聲抑制

硬件協(xié)同設計：前端ADC與數(shù)字濾波器的深度集成

實時頻譜分析：時頻域聯(lián)合降噪技術

云協(xié)同降噪：利用云端計算資源實現(xiàn)復雜濾波處理

結(jié)論

通過系統(tǒng)實施硬件連接優(yōu)化與軟件參數(shù)調(diào)整的組合策略，可有效解決示波器測量中的噪聲問題。實踐表明，采用本文提出的五步降噪法，可使信噪比提升20-30dB，測量重復性提高一個數(shù)量級。建議工程師根據(jù)具體測量需求，靈活組合應用各項降噪技術，以獲得**測量效果。

附錄：實用技巧

定期校準：每季度執(zhí)行一次示波器自校準

接地優(yōu)化：采用單點接地方式減少地環(huán)路干擾

探頭補償：每次使用前執(zhí)行探頭補償校準

存儲設置：保存優(yōu)化后的配置為"高精度測量"用戶模板

環(huán)境控制：保持測量環(huán)境溫度穩(wěn)定（±2℃以內(nèi)）