示波器的垂直分辨率位数通常是指内部 ADC 的分辨率位数,但是表征整个系统的分辨率通常采用更加能够反应真实性能的参数——ENOB,有效比特位数。
专业级的ENOB测试非常复杂,IEEE给出了标准的测试方法,需要高性能模拟源、窄带带通滤波器以及完善的信号处理算法,但这对于大多数用户是非常困难的。
如果您只是想估测一下示波器的ENOB指标,试过之后您将会发现,本文的方法是不二之选,不仅方便、快捷,而且测试结果与规格指标高度吻合。
图1. 按照IEEE标准方法的ENOB测试示意图
本文介绍的估测方法非常“简陋”,没有任何外部辅助测试设备,仅仅包含待测试示波器。
影响示波器ENOB的因素比较多,诸如模拟前端(放大器、衰减器、滤波器等电路)的噪声性能、非线性特性以及ADC自身的特性 (非线性、附加噪声及量化噪声等)。既然是估测,那么自然而然就不会考虑太多的因素,本文就只考虑了模拟前端及ADC自身的噪声性能。实际测试时,根本就没有馈入信号,因此测得的ENOB没有考虑非线性因素。
测试思路:不注入任何信号,只测试宽带噪声(AC RMS)。但是在计算时却假定注入的信号为理想CW信号,且满格显示。
假设垂直刻度为50mV/div,则“认为”信号的功率为:
P cw =0.5∙V^2^/R=-2.04dBm
假设某一带宽下的噪声AC RMS为1mV,则噪声功率为:
P noise = V rms ^2^/R = -47dBm
则可以计算出系统当前的SNDR为
SNDR = P cw - P noise = 45dB
注:SNDR是指信号与噪声和失真总和之比。
ENOB与SNDR(对数)存在如下关系式:
SNDR=6.02 x ENOB+1.76
则 ENOB=7.18 bit.
下面以某型号示波器为例,使用上面的方法计算出了各个BW下的ENOB,示波器的设置与规格指标对应的设置保持一致。经过对比发现,在500MHz带内以内,差异相对明显,尤其在20MHz带宽时,差异达到0.5 bit,但是在500MHz带宽以上,两者高度吻合。这表明,作为一种估测方法,该方法是行之有效的!
图2. 实测ENOB与规格指标的对比