提高示波器的精度并不難，但需要注重細節。本文將探討多種改善示波器測量的方法。
示波器(4通道）的一種常見用法是犧牲示波器四分之一的動態范圍，衰減各信號的擺幅以使這幾個信號可以同時顯示在一個共用屏幕上(如圖1所示）。
圖1：衰減幾路信號的擺幅以顯示在一個共用屏幕上，就意味著犧牲了動態范圍。
一般來說，數字示波器都被設計成將其模數轉換器(ADC)的完整范圍映射到全屏或幾乎全屏的顯示器柵格上。如果衰減來自每個通道的信號以使之顯示在全屏的四分之一柵格區(兩格）內，就等于犧牲了兩個數字位的動態范圍。另外，為了將信號跡線顯示在特定的兩格內，還必須增加偏置量。偏置誤差又為讀數增加了另外一個誤差源。
為解決上述問題，應該使用多柵(分區）顯示器，并將每個通道信號顯示在獨立柵格中。這樣，既無需對信號進行衰減，也無需電壓偏置，即可以全動態范圍顯示多個通道信號(如圖2所示）。圖中，一個正交顯示器顯示具有全動態范圍的四個多柵格區域。
與圖1中每個圖形的跡線進行比較，會注意到圖2中每個信號都具有更低的噪聲。利用更大的垂直刻度讀數采集信號來衰減輸入信號，可以減少信號的垂直位移，但不會減少示波器通道中的內部噪聲。
圖2：一個四柵(分區）顯示器(每個通道對應一個分區顯示器）顯示四路信號的全動態范圍波形。
這種方法會造成較低的信噪比，可以查看通道1上的信號疊加比較而得知(如圖3所示）。
圖3：將利用50mV/div(綠色跡線）采集的信號與利用200mV/div(黃色跡線）采集的信號疊加在一起。發現黃色跡線更寬、輪廓不分明，且更嘈雜。
將以200mV/div精度采集的信號衰減四倍后，以50MV/div顯示時，就會呈現出更大的噪聲和更低的分辨率。而未衰減的正弦波跡線(綠色）上的擾動較小，原因是動態范圍得到了改善。
顯示不僅表現出這種幅度分辨率損失，還會影響其他測量。峰峰值測量對噪聲非常敏感。注意，衰減信號的峰峰值讀數讀取的噪聲電平更高，比用50mV/div采集的結果要高44mV。不過，其均方根水平非常接近，這是因為均方根過程對信號進行了整合，從而降低了測量的噪聲水平。
被衰減信號的噪聲大還會影響其頻率測量。注意，若用標準測量偏差來表示，被衰減信號的測量不確定性要高兩倍。
這就是說，不要為了用單柵顯示器而衰減信號——而應采用多柵顯示器，顯示各路全動態范圍的信號。
示波器通常提供三種測量工具：屏幕格線、光標和測量參數。光標是可以在顯示波形上移動的標記，可以及時記錄光標的位置以及與光標相交處的波形幅度。光標測量精度的高低，取決于能否將光標精確放置在所期望的波形點位上。
通過幾個簡單的技巧可以提高放置光標的精確性。首先，在放置光標時停止信號采集。每次采集的波形都不同，波形保持穩定時，放置光標會容易很多。其次，也是更重要的，對一路/或多路跡線進行放大。在放大區域中的光標跟蹤，或更大的顯示區域將使精準放置光標變得更加容易(如圖4所示）。
圖4：放大跡線中的光標跟蹤。使用放大跡線顯示波形的擴展視圖，以便更準確地放置光標。
放大視圖中的擴展顯示不僅可以更容易地查看波形細節，而且當光標進入放大區域時，光標移動的變化率也會降低。較慢的變化率可以實現放置光標時的良好控制。
在上面的示例中，光標需被置于正弦波的零交叉處。顯示兩個放大視圖，每個視圖顯示一個交叉點。手動移動光標并監測通道注釋框中的光標幅度，當光標幅度讀數為0V時，即可落定光標。
請注意，利用測量參數P1測得的正弦波平均周期為99.9999ns，而用光標測得的值DX=100.04ns。測量參數具有更高的分辨率，因為它確定周期時用的是雙插值操作。通常，測量參數提供的測量結果最準確。然而，光標提供了一個更方便的測量工具，畢竟并非每次測量都有一個測量參數。
圖5顯示了一個波形，在沒有任何幫助的情況下，很難制定其標準測量參數。該波形是I2C串行接口的門控時鐘波形。圖中的兩個波形完全相同，而頻率參數將用來測量不同測量配置時的時鐘頻率。
參數P1測量上方跡線的頻率。觀測了162個周期，測得的頻率分布在68.518kHz到100.298kHz之間。這并不奇怪，因為波形的時序并不統一。P1的讀數是波形中最后一個采集周期的頻率，顯示頻率為73.281kHz。查看M2波形(綠色跡線）中的最后一個周期，可以看到它比其他大多數周期都長，這說明其頻率也較低。
圖5：采用測量門選擇性地測量門控時鐘頻率。
參數設置中有幾種技術可用于解決這種問題。第一個是門控，顧名思義，它僅允許在用戶定位的門之間進行測量。有些示波器使用測量光標來選通參數測量。本例采用的Teledyne LeCroy示波器則采用了一組單獨的門標記，在下方(黃色）跡線上顯示為虛線。門被設置在第一個時鐘附近，并測量八個完整周期的頻率。在這種情況下，頻率參數的讀數范圍為99.914至100.109kHz。測量門成功地將測量范圍限制在時鐘范圍內，并忽略了間隙。門控使測量參數更加靈活。
第二個測量工具為接受準則。該工具允許參數測量所有值，但僅顯示用戶輸入范圍內的值，如圖6所示：
圖6：使用參數接受準則僅展示99到101kHz之間的頻率值。
在參數P2中，接受準則被設置為僅顯示在99到101kHz之間的頻率。在該范圍內的測量次數僅為144次，而顯示了所有測量值的P1中列出的次數為162次。頻率參數從第一個上升沿開始測量，因此測量的時鐘波形中有18個間隙，等于總測量值與接受值之間的差值。
跟蹤是一個數學函數，某些示波器中具有該功能，該功能可繪制參數值與時間的關系圖。在本例中，該功能是很有用的，可以查看波形中哪些結果與不同波形事件相關。圖7顯示了對頻率參數的跟蹤。
圖7：基于所測頻率參數的跟蹤(F2)和直方圖(F1)函數示例。
跡線F2(紅色）為頻率參數跟蹤結果。其垂直標度以赫茲為單位，它描繪出頻率單位與時間的關系。該跡線與I2C時鐘源波形在時間上同步。所示的脈沖波形最大值為100.3kHz，基值為68.52kHz。對應于源波形的開始和結束，每次跟蹤結束的基值都會稍大一些，但最大值是一致的。跟蹤可以顯示出頻率變化發生的位置。請注意，相對于70kHz及以下部分，100kHz段更寬，說明100kHz組中有更多的時鐘脈沖。
跡線F1是頻率參數圖形化表示的直方圖，顯示在測量數據值的小范圍內相對于數據值繪制的出現次數。它是對測量值發生概率的估計。直方圖中使用的數據值可以是采集的樣本幅度、定時值或測量參數。上文提到的P1頻率測量直方圖在圖7中顯示為跡線F1(黃色）。
直方圖位于底部。水平軸為測量值，本例中為頻率。縱軸是在較小區間(bin）內的測量值數量。Bin的大小用戶可選擇。在本例中，水平軸被分為1000個bin。因此，對于大約100kHz的范圍，bin的大小約為100Hz。直方圖顯示出兩個明顯的峰值和兩個小很多的峰值。最大峰值在100kHz處，代表時鐘在100kHz bin中的峰值計數為34，其相鄰bin中的計數較小，總計數為144。最左邊的一個位于68.6kHz處，這是包含間隙的時鐘頻率。兩個較小的峰值也是間隙頻率，頻率值約為72-73kHz，與時鐘信號任一端的參數測量相關。
直方圖和跟蹤結果(大部分讀數約為100kHz）提供了在參數測量中選擇和設置接受限值所需的信息。低于100kHz的值與時鐘突發中的間隙相關，應從時鐘頻率的測量中剔除。
跟蹤和直方圖功能為示波器測量提供了更深刻的洞察力，顯示出測量值的原始位置以及這些值如何分布。
本文討論了幾種改善示波器測量的技術，包括最大化顯示分辨率、光標放置和測量參數。文中采用的示波器為Teledyne LeCroy Lab Master，其他示波器也可能有類似的功能。跟蹤和直方圖常與抖動測量工具相關。
