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          示波器ENOB值在提升準確度中的作用

          作者: 時間:2012-02-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          經(jīng)驗豐富的使用者會進一步評估的更新率、固有抖動、雜訊位準,以及所有可量測品質(zhì)的規(guī)格。然而,評估頻寬達GHz范圍的時,還須考慮另一項品質(zhì)指標,亦即透過有效位元數(shù)(ENOB)來描述示波器中的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)特性。因此,如何有效掌握示波器的量測,ENOB遂成為至關(guān)重要的指標。

            檢視前端/ADC設(shè)計品質(zhì) 首重ENOB/雜訊位準

            在示波器架構(gòu)中,前端(Front-end)與ADC技術(shù)是量測的關(guān)鍵要素,因為示波器前端可調(diào)理儀器取樣到的訊號,以便讓ADC可正確將訊號數(shù)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(shè)計工程師往往須費盡心力設(shè)計前端元件,才能獲得平坦的頻率響應(yīng)、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,因此示波器廠商一般會自行設(shè)計ADC晶片,但每次開發(fā)新的前端元件或ADC都須投入相當(dāng)可觀的成本,故設(shè)計出的ADC會用于多個示波器系列和不同代的機種。示波器設(shè)計團隊會盡可能減低這些電路對取樣訊號量測結(jié)果的影響,以量測

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

            不過,挑選示波器時不能僅止于評估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(shè)定與偏移值下的示波器雜訊位準,有助于進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(zhuǎn)換器設(shè)計是否夠穩(wěn)定。

            由于示波器雜訊會增加不必要的抖動而減少設(shè)計余裕,且通常示波器頻寬愈高,產(chǎn)生的內(nèi)部雜訊就愈多,這是因為在高頻狀態(tài)下示波器會接收累積雜訊;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

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

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

            另外,若想執(zhí)行ENOB量測,或是分析示波器廠商提供的ENOB規(guī)格,必須考慮以下幾點。首先,量測ENOB時所使用的訊號源,其頻譜純度會影響其量測結(jié)果,因此,訊號源和搭配使用的濾波器應(yīng)確保來源ENOB大于示波器的ENOB。

            其次,量測所得的與訊號源是否充滿示波器全螢?zāi)坏恼穹扔嘘P(guān),使用充滿示波器全螢?zāi)坏?5%或90%不同訊號源進行量測,所得的將不相同,有鑒于此,國際電子互連封裝協(xié)會聯(lián)合數(shù)據(jù)中心(JDEC)標準建議以全螢?zāi)坏?0%做為確認ENOB值的振幅。

            顯而易見,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(guī)格時,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


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