直流偏置也叫模拟偏置，它是PicoScope示波器中一项重要的功能。如果用的好，它能让你的示波器发挥最优测试性能，在测量小信号时候获得最佳的垂直分辨率，物尽其用。

Pico示波器5000系列16位分辨率

直流偏置的工作原理是在输入信号上叠加以一个直流电压，如果信号原本超过了示波器的模数转换(ADC)量程，这个偏置可以把信号调整回来适应ADC的输入范围。

图1：超出量程的信号和经过直流偏置调整回来的信号

典型应用：LVDS信号

LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) 用一对差分线缆来传输两种相位相反的信号，标称的电压如下：

幅度： 350mV 峰峰值

共模偏置： 1.2V

高电平：1.2V + 0.5 x 350mV = 1.375V

低电平： 1.2V – 0.5 x 350mV = 1.025V

图2：LVDS的正负极性信号V+ 和 V-

注：本测试中使用的示波器型号是PicoScope 6404B，4通道500MHz示波器， 8bit分辨率，使用被测信号是自行模拟产生的LVDS信号。

不使用直流偏置会怎么样？

接下来的一张图显示了一个仿真的LVDS信号 (差分信号的一半)，我们选择了±2V的量程，这是能完整采集整个信号的最小量程了（最大可能的灵敏度）。纵然示波器有8bit的分辨率，相当于256个电压差级，信号只占到整个量程的很小一部分，准确地说是4V中的350mV, 或者22个电压差级。 这说明我们只用了 log22/log2 ≈ 4.5bit 的ADC分辨率，还有3.5bit完全浪费了。

图3：仿真的LVDS信号

这时候把信号放大，就能很明显地看到低分辨率的恶果，我们用游标量了一下，噪声测量出来是16mV，接近一个ADC的电压差级(4V / 256 = 15.6mV)

图4：低分辨率的信号经过放大

使用直流偏置的结果

在PicScope 软件里面，每个通道都有一个下拉菜单，我们设置相应通道的DC偏置为-1.2V，以抵消输入信号的共模直流电平（设置如图5）

图5：通道设置对话框

图7则是经过直流偏置调整以后的信号，现在它的幅度范围是175mV对地，我们因此可以把示波器量程设置得更小，更加灵敏。到±200mV的时候信号还不会饱和（图6）。

图6：加入直流偏置后的信号

现在示波器使用的是400mV的量程捕获350mV的电压，相当于256个量化等级中用了224级。因此我们相当于用了log 224/ log2 = 7.8bit的分辨率，相比于之前的设置多用了3bit的分辨率，精度提高了接近10倍。

图7：用更小的量程±200mV测量偏置的后的信号

现在再放大波形，可以看到明显的分辨率提升（图8）。用游标测量噪声发现是1.58mV，仍然是差不多1个量化差级（400mV / 256 ≈ 1.56mV），但是这一次噪声相对于被测电压就小的多了，只有十分之一。

图8：局部放大信号观察噪声

使用交流耦合又如何？

有些示波器没有直流偏置功能，或者偏置的电压范围太小，有时候可以使用AC耦合的方式来消除直流偏置。这种方式只能在信号的直流分量非常稳定的时候起作用，如果直流供电的信号有纹波，例如本案例中的LVDS信号，效果就不会很好了。因为这个信号和电源不同，它没有直流稳压，因此不具备一个稳定的平均电压，直流分量会随着数据码型上下漂动，导致测量结果很不准确。

这里首先展示一个使用AC交流耦合的成功案例：1个10V电压上面的正弦纹波（图9），同样是直接采集有效信号所占量程比例很小（图10）

图9：10V 电压纹波

图10：放大看开纹波的波形，分辨率很差

如果我们用AC耦合的方式去除直流，然后选择一个更加灵敏的量程，我们就充分利用了示波器的最大分辨率。（图11）

图11：AC耦合模式下的纹波

但是，如果同样方法套用在LVDS波形上，在数据流平稳的时候结果尚能接受，如果突发性的数据包随机出现或者经过一段较长的时间，没有任何数据，这时候示波器输入端的隔直电容开始充电，导致出现一个大小不定的直流漂移，它会缓慢变化，过很久才完全消失。

图12：使用AC耦合方式测量的LVDS信号

我们可以放大看波形里面的每个单独脉冲，但是没有办法测量电压参数，因为没有一个固定的参考地电平可用。

结论

本次的应用案例中，针对一种典型的低电平信号：LVDS，使用PicoScope示波器的直流偏置功能，能够很十倍地提高测量的灵敏度，也就是10倍地提高了垂直测量的分辨率。而对比之下，AC耦合方式，在稳定的波形中尚且可用，如电源纹波测试，而在串行信号码流信号的测试中就捉襟见肘了。