HRO系列之三——高分辨率示波器WaveRunner HRO 6Zi

實(shí)時(shí)示波器由于采樣率高，ADC位數很難提高。在需要高分辨率測量的場(chǎng)合經(jīng)常由低采樣率的數據采集卡來(lái)實(shí)現。為滿(mǎn)足高分辨率的測試需求，美國力科公司研發(fā)了新型實(shí)時(shí)示波器WaveRunner HRO 6Zi，簡(jiǎn)稱(chēng)HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位數到達12bit，同時(shí)具備較高的采樣率 - 2GS/s。存儲深度（記錄長(cháng)度）可以到達每通道256M采樣點(diǎn)。HRO示波器高分辨率、高采樣率和長(cháng)存儲特性使其在多數測試場(chǎng)合中都能替代數據采集卡。當然，它也具備示波器擅長(cháng)的測量、分析和調試功能，易用性更好。

ADC位數對垂直分辨率有多大影響？我們來(lái)看下圖，這是用8bit示波器和12bit示波器分別對同一個(gè)信號采集后，對其中部分波形放大顯示的結果。

可以看出8bit示波器采集的波形出現臺階狀現象，這是因為信號的微小變化和ADC量化誤差相當，信號的微小變化淹沒(méi)在了量化噪聲中?？赡芎芏喙こ處熓褂檬静ㄆ鲿r(shí)并沒(méi)有注意到這個(gè)現象。好比兩臺尺寸相同、分辨率不一樣的電視機，站在5米外觀(guān)看可能看不出差別，靠近了觀(guān)察就能發(fā)現低分辨率電視機的像素點(diǎn)更粗、馬賽克現象更明顯。那么把示波器捕獲的信號放大、觀(guān)察細節，也就有類(lèi)似的效果。

垂直分辨率還和示波器本身的噪聲和失真水平有關(guān)。打個(gè)比方，一臺高分辨率的電視機，如果它內部電路噪聲很大，導致屏幕出現很多雪花點(diǎn)。即便是高清片源也會(huì )被這些雪花點(diǎn)給模糊了。同樣道理，示波器ADC能夠分辨的最小電壓也可能淹沒(méi)在示波器的噪聲中。如何評估示波器的噪聲水平呢？有的示波器廠(chǎng)家喜歡用基底噪聲（noise floor）：示波器不輸入信號，測量基線(xiàn)的噪聲大小。這種指標只能作為參考。因為沒(méi)有人使用示波器時(shí)不輸入信號。有無(wú)輸入信號，示波器內部電路的工作狀態(tài)可能差別很大。下面兩圖是某示波器沒(méi)有輸入信號和輸入一個(gè)高信噪比的5GHz正弦波的對比圖，并分別對時(shí)域波形做FFT，觀(guān)察頻域。在沒(méi)有信號輸入時(shí)，頻域噪底比較平坦，而輸入正弦波后，除了信號基頻和諧波分量以外，出現不少雜散，而且噪底的形狀也不再平坦。因此基線(xiàn)噪聲不是評估示波器噪聲水平的合理指標。

更科學(xué)的指標是信號與噪聲失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio ，SINAD），以及有效位數（Effective Number Of Bits，ENOB）。SINAD的測量需要輸入一定頻率一定幅度的高信噪比正弦波給示波器，計算信號功率和噪聲失真功率之比。ENOB在數學(xué)上可以通過(guò)SINAD計算得到。SINAD、ENOB與輸入信號頻率、幅度的大小以及示波器的工作狀態(tài)都有關(guān)，更詳細的說(shuō)明請參考：
http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf