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摘要：平時(shí)我們都關(guān)注示波器的三大核心指標：帶寬、采樣率、存儲深度，但是除了三大技術(shù)指標，還有底噪、非線(xiàn)性度、偏置誤差等，上述指標決定了能否實(shí)現更精確的測量，那究竟這些指標的高低由誰(shuí)來(lái)決定呢? 當選用示波器進(jìn)行測量時(shí)，除了關(guān)注核心指標，示波器測試系統的質(zhì)量也是極為重要的，底噪、非線(xiàn)性度、偏置誤差等決定了是否可以進(jìn)行更好的測量，而這些指標主要由示波器的ADC性能決定，這就要引入一個(gè)概念：等效位數(ENOB，effective number of bits)。 1. ENOB是什么 ENOB(等效位數)是一個(gè)極為綜合的指標，在一定程度上涵蓋了數字示波器的多種誤差，例如偏置誤差、增益誤差、非線(xiàn)性度、噪聲等等。 在介紹ENOB之前，先介紹下SINAD，即為信號-噪聲及失真比，SINAD=S/(N+D)，其中S是信號功率、N是噪聲功率、D是失真功率，也就是說(shuō)，SINAD與信號功率呈正比，與噪聲及失真功率呈反比，所以提高SINAD的方法有：降低噪聲、提高信號的純度(減小信號的畸變)。 ENOB=(SINAD-1.76dB)/6.02，其中1.76為理想ADC的量化噪聲，6.02為將log2轉化為log10的系數比。很明顯，SINAD越大，ENOB越大，而提升SINAD的方法就是重點(diǎn)關(guān)注與測試精度有關(guān)的電路。 在數字示波器的架構中，與測試精度有關(guān)的電路有：前端采集電路、ADC采樣電路。被測信號經(jīng)前端采集電路進(jìn)行調理后傳輸給ADC進(jìn)行采樣。其中前端采集電路及ADC采樣電路對ENOB有較大影響，實(shí)際工作時(shí)，偏置誤差， 非線(xiàn)性誤差，增益誤差，隨機噪聲，甚至還有 ADC 交織引起的噪聲都會(huì )增大ENOB。 2. ENOB說(shuō)明了什么 ENOB是衡量ADC性能的標尺，若示波器ENOB指標好，那么偏置誤差、增益誤差、非線(xiàn)性度等都較小，同時(shí)帶寬噪聲也較低。如果主要被測信號是正弦波信號，那么ENOB就需要重點(diǎn)關(guān)注。 通常示波器都由前端電路衰減器、放大器等信號調理電路、ADC采樣電路組成，在設計的時(shí)候，會(huì )在前端采用各種射頻技術(shù)，各種頻率響應方式，實(shí)現最好的頻響平坦度，以便ADC采樣時(shí)失真最小，增大ENOB指標。 3. 如何判斷ENOB的大小 3.1 1.底噪 示波器在不同垂直檔位及偏置下的底噪大小是評估示波器測量質(zhì)量的一個(gè)重要依據，通過(guò)觀(guān)測底噪大小，可以判斷前端采集電路和ADC采樣電路設計的優(yōu)劣，因為示波器的底噪會(huì )增加額外的抖動(dòng)并較小設計裕量，對測試結果造成較大的影響。 一般情況下，帶寬越大、底噪越大，因為高頻噪聲會(huì )進(jìn)入示波器內，最直接評估示波器底噪的方法便是輸入通道不接入任何信號，測量在不同量程和偏置下的電壓有效值。 下圖為ZDS2022底噪實(shí)測圖。 圖1 底噪實(shí)測圖 3.2 2.信噪比 除此之外，對標準正弦波進(jìn)行FFT變換，通過(guò)觀(guān)測信噪比(SNR)的大小也是評判ENOB的常用方法。下圖為對正弦波信號進(jìn)行FFT變換，頻譜圖的左上角顯示的參數中有SNR(SNR與SINAD呈正相關(guān))，通過(guò)觀(guān)測SNR的大小也可對ENOB進(jìn)行評估。 圖2 觀(guān)察FFT變換后的SNR大小 4. ENOB對于選擇示波器有多重要? 這主要取決于被測信號的類(lèi)型以及對于測試結果準確性的要求。ENOB曲線(xiàn)應該和底噪聲一起考慮。 ENOB 對于測試小信號，尤其是高速數字接口或頻域信號分析，直接影響動(dòng)態(tài)范圍，可見(jiàn) ENOB是很重要的一個(gè)系統指標。尤其當被測信號主要為正弦波，如一些軍事應用中那樣，ENOB可能是一個(gè)很好的標準。 5. 總結 ENOB是衡量示波器調理電路、模數轉換器(ADC)性能的綜合指標，ENOB越大，示波器數據采樣的精度就越高，示波器底噪、產(chǎn)生的各類(lèi)誤差越小。 下表為ZDS2022與同行其他廠(chǎng)家底噪對比表，通過(guò)對比表我們不難發(fā)現，在相同參數情況下，ZDS2022的底噪更小，可以實(shí)現更為準確的測量! 表1 示波器底噪對比表 |
