用示波器測量信號時，會遇到這樣的場景，在大信號波形上觀察小信號細節，要完美匹配測試場景，對示波器的過飽和恢復時間即動態范圍有很高的要求，今天我們就來分析一番。

面對大信號波形上觀察小信號細節的應用場景，有人會說可以先在大檔位下測量大信號，然后用小檔位下測量小信號，但是這樣做會存在不少問題，而且很大情況下是需要同時觀察大小信號的。

首先我們來看一下傳統示波器的模擬結構圖，如圖1所示。

圖1   傳統示波器模擬前端框圖

從框架圖中可以知道，如果輸入的是正常范圍的信號，二極管D1不會導通，此時C1不會被充電。而當信號超過正常范圍時，二極管D1就會導通，從而導致C1會被充電。而信號電壓恢復正常后，C1需要通過電阻R4放電，直到放電完成整個電路才能恢復到正常狀態。放電這段時間的信號就不能被準確采集了，這種情況下采集波形就會出現如圖2所示情況。

圖2   傳統示波器退出飽和時間

圖2是一個周期為100Hz的方波，通過計算可以得到，其退出飽和狀態所需要的時間是50ms-11.2ms=39.2ms。也是就在這段時間里的波形都不是正確的波形。為了解決這種測量問題，有兩種方法，一是縮短退出飽和狀態需要的時間。二是提升ADC的分辨率。

ZUS系列示波器，采用全新的模擬結構，大大提升了退出飽和狀態所需要的時間。針對相同的情況，測試效果如圖3所示。

圖3   ZUS示波器退出飽和時間

圖3我們測試波形是一個1KHz的方波，可計算出我們的過壓恢復時間是70us，遠遠優于傳統示波器。這樣帶來的好處就是對于如幾KHz或者幾KHz以下的波形，其存在的過壓情況就不會影響測量結果了。

但是即便示波器的飽和退出時間我們已經做到70us級別，但還是無法滿足如頻率100KHz的開關信號。這時就需要從另外一個方向，就是提升示波器ADC位數，從而提升示波器的動態范圍。讓原本只能采集到幾個ADC點的小信號，變成可以采集到幾百個ADC點的小信號。信號沒變化，但是可以得到的信息更多，結果也更準確了。如圖4所示的波形，波形頂部存在一個突出信號，我們來觀察這個個突出部分的細節。

圖4   大信號下觀察小信號場景

首先我們用傳統示波器捕獲波形，而后放大對應區域，得到的效果如圖5所示，波形幾乎完全失真變形，無法觀察。

圖5   傳統示波器觀察波形效果

現在我們用ZUS示波器來觀察波形，我們開啟ZOOM放大窗口，將放大區域選擇到需要觀察的位置。這部分波形就可以被清楚地觀察到了。ZUS示波器不僅有12bit精度，而且在軟件上對ZOOM功能進行了升級，不僅可以水平放大，也可以同步垂直放大，如圖6所示波形細節一覽無余。

圖6   ZUS示波器觀察波形效果

如果有更加極限的需求，比如大小信號相差幾百倍時，有沒有什么好方法呢？圖7是一個5V、1KHz的正弦波，耦合了一個幅度很小的頻率是113.5K、10Hz的正弦波，由于屏幕分辨率的問題，這個小信號波形已經無法被肉眼觀察到了。

圖7   大信號中夾雜非同頻微小信號

針對上述場景，則可以通過ZUS示波器的FFT分析功能來解決。我們可以打開FFT進行分析，從測量結果中，可以準確的測量這個113.5K的小信號的幅度。這是12bitADC才能有的效果。

圖8   利用FFT提取極限小信號

ZUS示波器12bit分辨率另一個重要的應用場景就是環路測試。隨著ADC位數提升，其準確度和一致性都有很好的提升，特別是在高噪聲的情況下。而環路測試大部分測不準的原因都是因為噪聲太大。

圖9和圖10是高環路增益使用ZUS示波器和ZDS示波器進行的測試對比。測試場景是采用20mV激勵信號，在輸入輸出端口同時注入100mV的一個干擾信號。

圖9   ZUS6000測試圖片

圖10   ZDS5000測試圖片

高環路增益，就意味著此時的輸入信號被抑制到非常小的地步，甚至小于干擾信號，預測只有幾十μV。從對比測試中可以發現，此時ZUS只有比較小的誤差，而ZDS示波器誤差會更加明顯。當然更高的測試精度會犧牲一定的測試時間。

ZUS系列示波器具有很快的過壓恢復時間，同時具備12bit分辨了以及0.5%的精度。可以完美解決大信號下對小信號的測量需求。