圖1 SDS3000X示波器幅頻特性曲線(xiàn)
四，ADC
數(shù)字示波器的本質(zhì)是將模擬信號(hào)采樣為一個(gè)一個(gè)的離散點(diǎn)。連續(xù)的模擬信號(hào)在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的離散化過(guò)程中 ，由于沒(méi)有無(wú)限數(shù)量的離散化的數(shù)字電平來(lái)重組連續(xù)的模擬信號(hào)，實(shí)際的模擬電壓值與對(duì)應(yīng)的數(shù)字化電平值之間總會(huì)有偏差，這個(gè)偏差值叫量化誤差。
而模數(shù)轉(zhuǎn)化器(ADC)的位數(shù)則決定了示波器的最小量化電平，也即確定了數(shù)字示波器的分辨率。 ADC的位數(shù)越高，則分辨率越高。8位的ADC代表了28=256個(gè)量化級(jí)別，10位的ADC則代表了210=1024個(gè)量化級(jí)別。12位的ADC代表了212=4096個(gè)量化級(jí)別。ADC的位數(shù)越高，則意味著量化誤差則越小，越有利于信號(hào)完整性測(cè)量。
除此之外，在我們只能選擇既定的ADC位數(shù)的示波器之后。要想獲得最佳的分辨率，要盡量讓波形占滿(mǎn)柵格，才能充分利用ADC的范圍。如果只讓波形占1/2柵格，則測(cè)量精度會(huì)下降到7-bit。因此合理地選擇選擇垂直縮放的設(shè)置，能獲得更加精確的測(cè)量結(jié)果。
如下圖所示為分別讓信號(hào)占據(jù)滿(mǎn)柵格，1/2柵格，1/4柵格….的情況，可以看到，測(cè)量的結(jié)果出入很大。
圖2 不同情況下的測(cè)量結(jié)果
五，ENOB
ENOB(Effective number of bits)是衡量示波器動(dòng)態(tài)性能的一個(gè)指標(biāo)。一些示波器廠商會(huì)給出ADC的ENOB值，從某種程度上來(lái)講，8位的ADC的確能夠提供8位的精度和分辨率，這只是針對(duì)DC信號(hào)或者一些低速信號(hào)而言。隨著信號(hào)速度的提高，動(dòng)態(tài)數(shù)字化性能會(huì)顯著下降。當(dāng)達(dá)到某一特定臨界值，8位的ADC可能降到6位或者4位或者更低的有效位數(shù)。
數(shù)字轉(zhuǎn)化器性能的下降主要表現(xiàn)為信號(hào)上的噪聲水平增加。此處的噪聲水平增加主要是指輸入信號(hào)和數(shù)字化輸出中疊加的隨機(jī)誤差。我們可以用信噪比(SNR)來(lái)衡量此系統(tǒng)的好壞。
SNR=PsignalPnoise
ENOB=(SNR-1.76)/6.02
當(dāng)然，對(duì)于示波器而言，單純地講ADC的ENOB是沒(méi)有意義的，評(píng)估整個(gè)示波器系統(tǒng)的ENOB才具有實(shí)際意義。例如一個(gè)ADC具有非常優(yōu)秀的ENOB，但若是前端噪聲較大，則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的ENOB.
在鼎陽(yáng)科技SDS2000X示波器中，提供了增強(qiáng)分辨率模式(ERES采集模式)，通過(guò)數(shù)字濾波的方式降低噪聲的帶寬，能有效提高信噪比，最高可等效增強(qiáng)3 Bit ENOB，等效提高了示波器的垂直分辨率，且無(wú)須依賴(lài)于信號(hào)的周期性和觸發(fā)點(diǎn)的穩(wěn)定。這個(gè)模式有利于于信號(hào)完整性測(cè)量。
圖3 SDS2000X增強(qiáng)分辨率模式
我們?cè)谂卸ㄕ麄€(gè)系統(tǒng)的ENOB是否會(huì)影響信號(hào)的測(cè)量以及影響信號(hào)完整性時(shí)，一定要留意自己需要測(cè)量的是什么信號(hào)。例如高速串行信號(hào)在一些頻點(diǎn)上具有諧波，這些諧波可以通過(guò)示波器系統(tǒng)而不受ENOB降低的影響。
六，噪聲
在示波器不外接任何信號(hào)的前提下，我們依然可以在示波器的顯示屏上觀察到噪聲信號(hào)，我們稱(chēng)這個(gè)信號(hào)為示波器的底噪。
示波器的噪聲可能有很多來(lái)源，包括示波器的模擬前端，模數(shù)轉(zhuǎn)化器，探頭甚至是連接測(cè)量電路的電纜。有利于信號(hào)完整性測(cè)量的示波器應(yīng)該具有較小的噪聲。
我們?cè)跍y(cè)試儀器噪聲的時(shí)候，還要注意影響噪音測(cè)試結(jié)果的因素很多，比如帶寬、采樣率、通道垂直分辨率、水平時(shí)基和通道耦合方式等?？傮w來(lái)說(shuō)，業(yè)界對(duì)此的共識(shí)如下：
l帶寬越高，噪聲越大，因?yàn)閹捲礁卟杉降男盘?hào)諧波分量越豐富。
水平時(shí)基分辨率越低，噪聲越大，即時(shí)基格度越粗，噪聲顯示越大。
