所有示波器都有一项不受欢迎的特性：存在于示波器前端和数字化过程中的垂直噪声。测量系统噪 声将降低您的实际信号测量精度， 特别是在测量低电平信号和噪声时。由于示波器是一种宽带测量仪器，示波器带宽越宽，多数情况下垂噪声也越高。虽然工程师在购买示波器时会了解示波器的垂直噪声特性，但对这些特性应进行仔细的评估，因为它能经几种途径影响信号完整性。垂直噪声会：
1. 引入幅度测量误差
2. 引入sin(x)/x 波形重建不确定度
3. 引入作为输入信号沿压摆率函数的定时误差（抖动）
4. 造成可观察到的不良“胖”波形
可惜并非所有示波器厂家都在技术资料中给出垂直噪声指标 / 特 性。即使有这项指标，它也往往会造 成误导，并且是不完整的。本文比较了 Agilent、Tektronix 和 LeCroy 所 制造500MHz至1GHz带宽范围示波器的垂直噪声特性。此外还讲述了当存在相对高测量系统噪声（示波 器噪声）电平时，如何对低电平信号 进行更精确噪声和干扰测量的有用技巧。
什么是噪声，应如何测量噪声
随机噪声有时也称白噪声，它在理论上是无界的，并服从高斯分 布。无界意味着由于噪声固有的随 机性，您在噪声表征测量中收集数 据越多，就会得到越高的峰峰偏移。 由于这一原因，像垂直噪声和随机抖动这类随机现象就应使用有效值（标准偏差）进行定义和测量。表 1 示出四种竞争500MHz 带宽示波器的有效值噪声本底测量值。每一种示波器都使用 50? 端接，设置为使用各示波器规定的最高采样率，在无信号连接条件下采集波形。
也请参看附录 A 中竞争 1GHz 带宽示波器的有效值噪声本底测量 结果。
通常认为示波器的“基线噪声 本底”是示波器置于最灵敏设置（最 低 V/div）时的噪声电平。但今天市 场上的许多示波器在最灵敏 V/div 设 置时有降低的带宽特性。如前所述，示波器是一种宽带仪器，带宽越高，通常噪声本底也越高。所以在您比较各示波器最灵敏 V/div 设置处的基线噪声本底特性时，您可能是在 把较低带宽示波器与较高带宽示波 器作比较，这不是同类事物的比较。 应在各示波器提供全带宽的最灵敏 V/div 设置处比较相同带宽的基线噪声本底。
许多示波器的评估者错误地仅测试示波器最灵敏设置时的基线噪声本底特性，并假定这一噪声幅度 适用于所有V/div 设置。示波器中实际有两个固有的噪声成分。其一是主要由示波器前端衰减器和放大器所贡献的固定噪声电平。示波器最 灵敏 V/div 设置处的基线噪声本底 是该噪声成分的很好近似。这一噪声成分居最灵敏设置时的支配地位，但示波器在不太灵敏设置（较高 V/ div）处使用时，这一噪声成分是可 以忽略的。
第二项噪声成份是基于示波器动态量程的相对噪声电平，它由特定 V/div 设置确定。当示波器置于最 灵敏设置时，可以忽略这项噪声，它 主要影响不太灵敏的设置。虽然示波器在高 V/div 设置时，波形并未表现出很大的噪声，但实际噪声幅度 可能相当高，您可比较表1中 1V/div 与10mV/div 测量的噪声电平。 Agilent MSO6054A 的这一相对有效值噪声成分近似为V/div 设置的 2%。 而 Tektronix 和 LeCroy 的 500MHz带宽示波器的相对有效值噪声成分 则为量程的3% - 4%。
在确定了固定噪声成分（近似 为基线噪声本底）和相对噪声成分后，您就能使用平方和的平方根公 式估计中间 V/div 设置下的噪声量。 从表 1 中的噪声测量结果可看到在 大多数V/div 设置下， Agilent MSO6054A 具有总体上最低的噪声特性。
测量峰峰噪声
虽然使用有效值能得到评估和比较噪声的最好结果，但人们也往 往想测量和比较峰峰噪声。因为毕 竟示波器屏幕上看到的是峰峰偏移，并且它在实时 / 非平均测量中造成 最大的幅度误差。基于这一原因，许 多示波器用户更愿意比较和测量峰 峰值噪声。由于随机垂直噪声在理 论上是无界的，您必须首先建立收 集多少数据的判据，然后依据该判 据获得峰峰噪声测量结果。表 2 示 出对四种 500MHz 示波器收集 1M 点数字化数据的峰峰噪声测量。也 请参看附录 B 对富竞争价的 1GHz 带宽示波器的峰峰噪声测量结果。
注意因TDS3054B（10 k 点）只 有有限的存储器深度，对 1M 采集 点作峰峰噪声表征测量是一项非常 困难的任务。为在各 V/div 设置下获得总共 1M 点的总采集数据量， 仪器要用无限余辉累积约 100 次采 集。其它被测示波器有较深的采集 存储器，一次采集就能收集到 1M 数据点。
由于一次特定的 1M 数据点采 集（ TDS3054B 为一组采集）有可 能产生或高或低的峰峰测量结果， 我们对每一 V/div设置重复 10 次 1M 点的峰峰噪声测量。然后对测量结 果平均，得到对采集 1M 数据点的“典型”峰峰噪声系数。 如这张表格所示，Agilent 6000 系列示波器在全带宽 V/div 设置下 有最低的总峰峰噪声电平（基于 1M 数据点）。而 Tektronix 和 LeCroy 的500MHz 带宽示波器在大多数设置 处有高得多的峰峰噪声电平。
虽然把各种示波器设置于同样的时间 / 格，然后用无限余辉模式在 所设置的时间量，例如10 秒内收集 数据是很诱人的，但您应注意峰峰 噪声测试并不能使用这种更为直观 的方法。不仅是存储器深度明显不同，更新率也存在着显著差异。例如若您从默认设置条件开始，然后将 Tektronix TDS5054B和Agilent MSO6054A 设置为20ns/div ， Tektronix 示波器将以约 30 波形 / 秒的速率采集和更新波形。由于采用 MegaZoom III 技术的 Agilent 6000 系列有极快的波形更新率，它将以 约 100,000 波形 / 秒的速率更新波 形。这意谓着如果您收集 10 秒的无 限余辉波形，Agilent示波器收集的 峰峰噪声测量数据要多约 3000 倍。 如前所述，由于随机垂直噪声的随 机和高斯本性，峰峰噪声会随收集 数据的增加而增大。