隨機(jī)噪聲有時也稱白噪聲，它在理論上是無界的，并服從高斯分布。無界意味著由于噪聲固有的隨機(jī)性，您在噪聲表征測量中收集數(shù)據(jù)越多，就會得到越高的峰峰偏移。由于這一原因，像垂直噪聲和隨機(jī)抖動這類隨機(jī)現(xiàn)象就應(yīng)使用有效值（標(biāo)準(zhǔn)偏差）進(jìn)行定義和測量。出四種競爭500MHz帶寬示波器的有效值噪聲本底測量值。每一種示波器都使用50Ω端接，設(shè)置為使用各示波器規(guī)定的最高采樣率，在無信號連接條件下采集波形。
通常認(rèn)為示波器的“基線噪聲本底”是示波器置于最靈敏設(shè)置（最低V/div）時的噪聲電平。但今天市場上的許多示波器在最靈敏V/div設(shè)置時有降低的帶寬特性。如前所述，示波器是一種寬帶儀器，帶寬越高，通常噪聲本底也越高。所以在您比較各示波器最靈敏V/div設(shè)置處的基線噪聲本底特性時，您可能是在把較低帶寬示波器與較高帶寬示波器作比較，這不是同類事物的比較。應(yīng)在各示波器提供全帶寬的最靈敏V/div設(shè)置處比較相同帶寬的基線噪聲本底。
許多示波器的評估者錯誤地僅測試示波器最靈敏設(shè)置時的基線噪聲本底特性，并假定這一噪聲幅度適用于所有V/div設(shè)置。示波器中實(shí)際有兩個固有的噪聲成分。其一是主要由示波器前端衰減器和放大器所貢獻(xiàn)的固定噪聲電平。示波器最靈敏V/div設(shè)置處的基線噪聲本底是該噪聲成分的很好近似。這一噪聲成分居最靈敏設(shè)置時的支配地位，但示波器在不太靈敏設(shè)置（較高V/div）處使用時，這一噪聲成分是可以忽略的。
第二項(xiàng)噪聲成份是基于示波器動態(tài)量程的相對噪聲電平，它由特定V/div設(shè)置確定。當(dāng)示波器置于最靈敏設(shè)置時，可以忽略這項(xiàng)噪聲，它主要影響不太靈敏的設(shè)置。雖然示波器在高V/div設(shè)置時，波形并未表現(xiàn)出很大的噪聲，但實(shí)際噪聲幅度可能相當(dāng)高，您可比較表1中1V/div與10mV/div測量的噪聲電平。MSO6054A的這一相對有效值噪聲成分近似為V/div設(shè)置的2%。而Tektronix和LeCroy的500MHz帶寬示波器的相對有效值噪聲成分則為量程的3%-4%。
在確定了固定噪聲成分（近似為基線噪聲本底）和相對噪聲成分后，您就能使用平方和的平方根公式估計(jì)中間V/div設(shè)置下的噪聲量。
測量峰峰噪聲
雖然使用有效值能得到評估和比較噪聲的最好結(jié)果，但人們也往往想測量和比較峰峰噪聲。因?yàn)楫吘故静ㄆ髌聊簧峡吹降氖欠宸迤疲⑶宜趯?shí)時/非平均測量中造成最大的幅度誤差�；谶@一原因，許多示波器用戶更愿意比較和測量峰峰值噪聲。由于隨機(jī)垂直噪聲在理論上是無界的，您必須首先建立收集多少數(shù)據(jù)的判據(jù)，然后依據(jù)該判據(jù)獲得峰峰噪聲測量結(jié)果。對四種500MHz示波器收集1M點(diǎn)數(shù)字化數(shù)據(jù)的峰峰噪聲測量。也請參看附錄B對富競爭價(jià)的1GHz帶寬示波器的峰峰噪聲測量結(jié)果。
注意因TDS3054B（10k點(diǎn)）只有有限的存儲器深度，對1M采集點(diǎn)作峰峰噪聲表征測量是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。為在各V/div設(shè)置下獲得總共1M點(diǎn)的總采集數(shù)據(jù)量，儀器要用無限余輝累積約100次采集。其它被測示波器有較深的采集存儲器，一次采集就能收集到1M數(shù)據(jù)點(diǎn)。
由于一次特定的1M數(shù)據(jù)點(diǎn)采集（TDS3054B為一組采集）有可能產(chǎn)生或高或低的峰峰測量結(jié)果，我們對每一V/div設(shè)置重復(fù)10次1M點(diǎn)的峰峰噪聲測量。然后對測量結(jié)果平均，得到對采集1M數(shù)據(jù)點(diǎn)的“典型”峰峰噪聲系數(shù)。如這張表格所示，6000系列示波器在全帶寬V/div設(shè)置下有最低的總峰峰噪聲電平（基于1M數(shù)據(jù)點(diǎn)）。而Tektronix和LeCroy的500MHz帶寬示波器在大多數(shù)設(shè)置處有高得多的峰峰噪聲電平。
雖然把各種示波器設(shè)置于同樣的時間/格，然后用無限余輝模式在所設(shè)置的時間量，例如10秒內(nèi)收集數(shù)據(jù)是很誘人的，但您應(yīng)注意峰峰噪聲測試并不能使用這種更為直觀的方法。不僅是存儲器深度明顯不同，更新率也存在著顯著差異。例如若您從默認(rèn)設(shè)置條件開始，然后將TektronixTDS5054B和MSO6054A設(shè)置為20ns/div，Tektronix示波器將以約30波形/秒的速率采集和更新波形。由于采用MegaZoomIII技術(shù)的6000系列有極快的波形更新，它將以約100,000波形/秒的速率更新波形。這意謂著如果您收集10秒的無限余輝波形，示波器收集的峰峰噪聲測量數(shù)據(jù)要多約3000倍。如前所述，由于隨機(jī)垂直噪聲的隨機(jī)和高斯本性，峰峰噪聲會隨收集數(shù)據(jù)的增加而增大。
用探頭測量噪聲
大多數(shù)示波器都配有可提供600MHz系統(tǒng)帶寬的10:1無源探頭（對于600MHz或更高的示波器）。更高帶寬示波器也可能用有源探頭實(shí)現(xiàn)更高的帶寬。無論您是使用無源探頭還是有源探頭，探頭本身都將增加附加的隨機(jī)噪聲成份。今天的數(shù)字示波器能自動檢測探頭的衰減系數(shù)和重新調(diào)整示波器的V/div設(shè)置，以反映探頭所引入的信號衰減。因此如果您正使用10:1探頭，示波器所指示的V/div設(shè)置將是示波器內(nèi)部實(shí)際設(shè)置的10倍。也就是說如果接有10:1探頭示波器的設(shè)置為20mV/div，那么示波器中輸入衰減器和放大器的實(shí)際設(shè)置將是2mV/div。這意味著由于基線噪聲本底放大了10倍，因此會觀察到相對屏幕高度較高的噪聲電平。如果您進(jìn)行重要的低電平信號測量，例如測量電源紋波，就應(yīng)考慮使用1:1無源探頭。此外，如果示波器帶寬受限于較靈敏的V/div量程，則需了解特定探頭的衰減系數(shù)，因?yàn)檫@一帶寬限制也可能施加到較高的V/div設(shè)置。
在噪聲條件下測量
當(dāng)您所使用的示波器置于最靈敏V/div設(shè)置時，示波器的固有隨機(jī)噪聲有可能掩蓋掉實(shí)際信號測量。但您可利用某些測量技術(shù)把示波器的噪聲影響減到最小。在您測量電源紋波和噪聲電平時，有可能要用到最靈敏的那幾個量程。首先應(yīng)如前面所述的那樣嘗試使用1:1探頭，而不要用儀器隨帶的標(biāo)準(zhǔn)10:1無源探頭。其次是如果您要測量電源的有效值噪聲，測量結(jié)果中也包括了示波器和探頭系統(tǒng)的噪聲貢獻(xiàn)，它們有可能相當(dāng)高。但通過仔細(xì)表征信號（電源）和測量系統(tǒng)，就能扣除測量系統(tǒng)噪聲成分，而得到對實(shí)際電源噪聲（有效值）的更精確估計(jì)。
通過使用6000系列示波器約4.7V的直流偏置，圖1示出用1:1無源探頭在10mV/div設(shè)置下所進(jìn)行的電源噪聲測量。注意500MHz和1GHzTektronix和LeCroy示波器的文件中規(guī)定在接入1:1無源探頭和低于50mV/div的設(shè)置時，對輸入信號的偏置不能大于±1V。這意味著在用Tektronix或LeCroy示波器進(jìn)行5V電源的噪聲測量時，由于示波器直流偏置的限制而只能采用交流耦合。但如果您因示波器直流偏置限制而必須采用交流耦合時，結(jié)果中將去除掉電源的直流成分，而不能進(jìn)行精確的測量。
我們用裝上1:1無源探頭的示波器，對嘈雜的5V電源所測到的噪聲約為1.5mVRMS。使用相同1:1無源探頭對測量系統(tǒng)噪聲所作的噪聲表征。由于探頭地線直接接到探頭觸針處，在10mV/div設(shè)置下測量到的系統(tǒng)噪聲約為480VRMS。因使用的1:1探頭增加了附加的噪聲成分，所以這一示波器/探頭噪聲測量結(jié)果高于表1所示的噪聲系數(shù)（250VRMS）。此外我們使用的是1MΩ輸入端接，而不是原來的50Ω端接（用于表1中的基線有效值噪聲測量）。現(xiàn)在用平方和的平方根公式扣除這一測量系統(tǒng)噪聲成分，結(jié)果表明該電源的噪聲約為1.4mVRMS。
雖然這一特定電源測量除了隨機(jī)成分外，還可能包括確定性/系統(tǒng)性的干擾/噪聲成分，但如果確定性成分與示波器的自動觸發(fā)沒有相關(guān)性，就能利用這項(xiàng)技術(shù)扣除測量系統(tǒng)的誤差成分，得到對電源總有效值噪聲的非常接近的近似值。
干擾的各確定性/系統(tǒng)性成分，例如開關(guān)電源或數(shù)字系統(tǒng)時鐘干擾，也能在存在高隨機(jī)測量系統(tǒng)噪聲的條件下進(jìn)行精確的測量。您能用示波器單獨(dú)通道上的可疑干擾源觸發(fā)，重復(fù)采集輸入信號，通過平均去掉由示波器/探頭和輸入信號貢獻(xiàn)的所有隨機(jī)和非相關(guān)噪聲和干擾成分。其結(jié)果將是對電源特定干擾成分的高分辨率測量，甚至您可把示波器置于非常靈敏的V/div設(shè)置。此外，對電源的平均直流成分進(jìn)行精確測量要求示波器有足夠的直流偏置范圍（只有示波器能達(dá)到）。對同樣嘈雜電源信號使用這項(xiàng)平均測量技術(shù)，我們測量到系統(tǒng)10MHz時鐘（下方的綠色波形）引入近似為4.9mVp-p的干擾。為找到所有確定性（非隨機(jī)性）的干擾和紋波，您需要把各種可疑干擾源作為示波器的觸發(fā)源，進(jìn)行多次平均測量。
觀察“胖”波形
一些示波器的使用者相信數(shù)字存儲示波器（DSO）的隨機(jī)垂直噪聲電平高于較老的模擬示波器。之所以得出這一結(jié)論，是因?yàn)镈SO上的跡線一般要比模擬示波器寬。但DSO的實(shí)際噪聲電平并不比模擬示波器高。對于模擬示波器技術(shù)而言，由于信號極端值很少出現(xiàn)，因此所顯示的隨機(jī)垂直噪聲的極端值或是非常黯淡，或是根本看不到。雖然工程師一般認(rèn)為示波器是一種顯示電壓—時間的二維儀器，但由于模擬示波器采用掃描電子束技術(shù)，所以還存在著第三個維度。第三維用跡線亮度調(diào)制顯示信號的出現(xiàn)頻度，從而意味著模擬示波器實(shí)際上隱匿了，或在視覺上抑制了隨機(jī)垂直噪聲的極端值。
傳統(tǒng)數(shù)字示波器缺乏顯示第三個維度（亮度調(diào)制）的能力。但今天的某些新型數(shù)字示波器已有了更接近老式模擬示波器顯示質(zhì)量的亮度分級能力。采用MegaZoomIII技術(shù)的最新6000系列示波器具有示波器行業(yè)中最高的亮度分級，它把256級亮度映射到XGA顯示。圖4示出在10mV/div設(shè)置下，用100%亮度捕獲的低電平10MHz信號。這幅屏幕代表沒有亮度分級能力的老式數(shù)字示波器顯示。由于沒有亮度分級，示波器顯示展示的是極端峰峰噪聲的“胖”波形。但在10mV/div設(shè)置下所測相對低輸入信號（約為50mVp-p）的“厚度”主要源于固有的示波器噪聲—而非輸入信號噪聲。10MHz信號，但現(xiàn)在把亮度調(diào)到20%，以更好地模仿天然抑制極端噪聲的模擬示波器顯示。我們現(xiàn)在能在相對靈敏V/div設(shè)置下，觀察到?jīng)]有示波器固有噪聲影響的更“清晰”波形。此外，我們現(xiàn)在還能看到各種波形細(xì)節(jié)，例如在正弦波正峰頂上的“擺動”，這在以前恒定亮度（100%）的觀察中因?yàn)橄鄬Ω叩氖静ㄆ髟肼曤娖蕉谎谏w掉了。
有關(guān)示波器顯示質(zhì)量所帶來好處的更詳細(xì)討論，請下載應(yīng)用指南1552“示波器顯示質(zhì)量對發(fā)現(xiàn)信號異常能力的影響”。
如果您采集的是重復(fù)輸入信號，就能像圖3所示的例子那樣，代之以通過波形平均消除測量系統(tǒng)的隨機(jī)信號噪聲。對于實(shí)時/單次應(yīng)用（不能使用重復(fù)平均），有些示波器提供高分辨率的采集模式。采用這項(xiàng)技術(shù)，您就能通過DSP/數(shù)字濾波過濾掉單次采集中的高頻噪聲和干擾成分，把垂直分辨率增加到12bit，此時付出的代價(jià)是測量系統(tǒng)的帶寬。
