示波器ENOB值在提升準確度中的作用

經(jīng)驗豐富的示波器使用者會(huì )進(jìn)一步評估示波器的更新率、固有抖動(dòng)、雜訊位準，以及所有可提升量測品質(zhì)的規格。然而，評估頻寬達GHz范圍的示波器時(shí)，還須考慮另一項品質(zhì)指標，亦即透過(guò)有效位元數(ENOB)來(lái)描述示波器中的類(lèi)比數位轉換器(ADC)特性。因此，如何有效掌握示波器的量測準確度，ENOB遂成為至關(guān)重要的指標。

　　檢視前端/ADC設計品質(zhì)　首重ENOB/雜訊位準

　　在示波器架構中，前端(Front-end)與ADC技術(shù)是提升量測準確度的關(guān)鍵要素，因為示波器前端可調理儀器取樣到的訊號，以便讓ADC可正確將訊號數位化。其中，示波器前端元件包含衰減器、前置放大器和訊號分配路徑，示波器設計工程師往往須費盡心力設計前端元件，才能獲得平坦的頻率響應、較低的雜訊，和所需的頻率下降度。

　　由于示波器對ADC的需求不盡相同，因此示波器廠(chǎng)商一般會(huì )自行設計ADC晶片，但每次開(kāi)發(fā)新的前端元件或ADC都須投入相當可觀(guān)的成本，故設計出的ADC會(huì )用于多個(gè)示波器系列和不同代的機種。示波器設計團隊會(huì )盡可能減低這些電路對取樣訊號量測結果的影響，以提升量測準確度。

　　雖然使用者可衡量ADC和前端元件組合在一起后的特性，卻很難單獨分析個(gè)別元件的特性，因此，必須透過(guò)很多方法來(lái)評量示波器的前端電路品質(zhì)，而示波器廠(chǎng)商通常使用雜訊量測和ENOB來(lái)評估示波器前端與ADC的設計品質(zhì)。

　　不過(guò)，挑選示波器時(shí)不能僅止于評估ENOB或雜訊位準，而要綜合考慮示波器的整體效能，特別是評估不同垂直設定與偏移值下的示波器雜訊位準，有助于進(jìn)一步確認示波器量測品質(zhì)良莠，并可得知示波器前端和ADC轉換器設計是否夠穩定。

　　由于示波器雜訊會(huì )增加不必要的抖動(dòng)而減少設計余裕，且通常示波器頻寬愈高，產(chǎn)生的內部雜訊就愈多，這是因為在高頻狀態(tài)下示波器會(huì )接收累積雜訊;而頻寬較低的示波器則因頻率下降度較低，反而可濾掉這些雜訊。因此，欲評估示波器雜訊，最直接的方法就是輸入通道不接收任何東西，并藉由改變垂直靈敏度與偏移值來(lái)查看電壓的均方根(RMS)值。

　　掌握ENOB量測要素　訊號源振幅/頻率須重視

　　實(shí)際上，ENOB是以一個(gè)固定振幅的正弦波進(jìn)行掃頻量測，然后擷取電壓量測結果并進(jìn)行評估與分析，分析方法可分為時(shí)域和頻域法。時(shí)域量測法是將擷取到的時(shí)域資料，減去電壓對時(shí)間關(guān)系所呈現的最理想波形，來(lái)計算ENOB值，亦即雜訊。

　　其中，雜訊可能來(lái)自示波器前端，例如不同頻率下相位的非線(xiàn)性和振幅變化，也可能來(lái)自于A(yíng)DC的交錯失真。至于使用頻域法計算ENOB時(shí)，則須將與主訊號相關(guān)的功率減去整個(gè)寬頻的功率，如此一來(lái)，時(shí)域和頻域法所得的結果方能一致。

　　另外，若想執行ENOB量測，或是分析示波器廠(chǎng)商提供的ENOB規格，必須考慮以下幾點(diǎn)。首先，量測ENOB時(shí)所使用的訊號源，其頻譜純度會(huì )影響其量測結果，因此，訊號源和搭配使用的濾波器應確保來(lái)源ENOB大于示波器的ENOB。

　　其次，量測所得的ENOB值與訊號源是否充滿(mǎn)示波器全螢幕的振幅比有關(guān)，使用充滿(mǎn)示波器全螢幕的75%或90%不同訊號源進(jìn)行量測，所得的ENOB值將不相同，有鑒于此，國際電子互連封裝協(xié)會(huì )聯(lián)合數據中心(JDEC)標準建議以全螢幕的90%做為確認ENOB值的振幅。

　　顯而易見(jiàn)，ENOB值與示波器量測品質(zhì)息息相關(guān)，故在比較或測試任何有效位元規格時(shí)，務(wù)必考慮到待測訊號振幅及頻率對ENOB的影響。

　　通用ENOB標準助陣　ADC優(yōu)劣立見(jiàn)