示波器ENOB值在提升准确度中的作用

2015-04-28 10:17:17   来源:elecfans   

关键字: 示波器  ENOB值  准确度

  经验丰富的示波器使用者会进一步评估示波器的更新率、固有抖动、杂讯位准,以及所有可提升量测品质的规格。然而,评估频宽达GHz范围的示波器时,还须考虑另一项品质指标,亦即透过有效位元数(ENOB)来描述示波器中的类比数位转换器(ADC)特性。因此,如何有效掌握示波器的量测准确度,ENOB遂成为至关重要的指标。

  检视前端/ADC设计品质 首重ENOB/杂讯位准

  在示波器架构中,前端(Front-end)与ADC技术是提升量测准确度的关键要素,因为示波器前端可调理仪器取样到的讯号,以便让ADC可正确将讯号数位化。其中,示波器前端元件包含衰减器、前置放大器和讯号分配路径,示波器设计工程师往往须费尽心力设计前端元件,才能获得平坦的频率响应、较低的杂讯,和所需的频率下降度。

  由于示波器对ADC的需求不尽相同,因此示波器厂商一般会自行设计ADC晶片,但每次开发新的前端元件或ADC都须投入相当可观的成本,故设计出的ADC会用于多个示波器系列和不同代的机种。示波器设计团队会尽可能减低这些电路对取样讯号量测结果的影响,以提升量测准确度。

  虽然使用者可衡量ADC和前端元件组合在一起后的特性,却很难单独分析个别元件的特性,因此,必须透过很多方法来评量示波器的前端电路品质,而示波器厂商通常使用杂讯量测和ENOB来评估示波器前端与ADC的设计品质。

  不过,挑选示波器时不能仅止于评估ENOB或杂讯位准,而要综合考虑示波器的整体效能,特别是评估不同垂直设定与偏移值下的示波器杂讯位准,有助于进一步确认示波器量测品质良莠,并可得知示波器前端和ADC转换器设计是否够稳定。

  由于示波器杂讯会增加不必要的抖动而减少设计余裕,且通常示波器频宽愈高,产生的内部杂讯就愈多,这是因为在高频状态下示波器会接收累积杂讯;而频宽较低的示波器则因频率下降度较低,反而可滤掉这些杂讯。因此,欲评估示波器杂讯,最直接的方法就是输入通道不接收任何东西,并藉由改变垂直灵敏度与偏移值来查看电压的均方根(RMS)值。

  掌握ENOB量测要素 讯号源振幅/频率须重视

  实际上,ENOB是以一个固定振幅的正弦波进行扫频量测,然后撷取电压量测结果并进行评估与分析,分析方法可分为时域和频域法。时域量测法是将撷取到的时域资料,减去电压对时间关系所呈现的最理想波形,来计算ENOB值,亦即杂讯。

  其中,杂讯可能来自示波器前端,例如不同频率下相位的非线性和振幅变化,也可能来自于ADC的交错失真。至于使用频域法计算ENOB时,则须将与主讯号相关的功率减去整个宽频的功率,如此一来,时域和频域法所得的结果方能一致。

  另外,若想执行ENOB量测,或是分析示波器厂商提供的ENOB规格,必须考虑以下几点。首先,量测ENOB时所使用的讯号源,其频谱纯度会影响其量测结果,因此,讯号源和搭配使用的滤波器应确保来源ENOB大于示波器的ENOB。

  其次,量测所得的ENOB值与讯号源是否充满示波器全萤幕的振幅比有关,使用充满示波器全萤幕的75%或90%不同讯号源进行量测,所得的ENOB值将不相同,有鉴于此,国际电子互连封装协会联合数据中心(JDEC)标准建议以全萤幕的90%做为确认ENOB值的振幅。

  显而易见,ENOB值与示波器量测品质息息相关,故在比较或测试任何有效位元规格时,务必考虑到待测讯号振幅及频率对ENOB的影响。

  通用ENOB标准助阵 ADC优劣立见

  值得注意的是,目前示波器的ADC多半采导管式(Pipelined)或快闪式(Flash)架构,而国际电子电机工程师学会(IEEE)也特别定义一种用ENOB评估ADC优劣的方法,以协助使用者确认各种ADC的优缺点。

  其中,导管式ADC使用二阶或多阶转换来获致较高的取样率,例如安捷伦(Agilent)90000A系列示波器所配备的20GSa/s ADC(图1),其内部是由八十个256MSa/s取样率的ADC所组成,可提供更高的取样率。

  

\

 

  图1 安捷伦Infiniium 9000系列示波器的ENOB曲线图,ENOB值会因频率不同而有所差异,且每款示波器的ENOB图各不相同。此ENOB图显示整体示波器系统的ENOB,而不只是8位元ADC的ENOB。

[1] [2]
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

推荐阅读

编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0428/article_11563.html
[发表评论]
[加入收藏]
[打印本页]
[关闭窗口]
[返回顶部]
[RSS订阅]
小广播
每日新闻
最热点击
本周热门资源推荐
EEWORLD独家
论坛精华
精选博文