HRO系列之三——高分辨率示波器WaveRunner HRO 6Zi

2015-06-17 09:55:43   来源:ednchina   

关键字: HRO系列  高分辨率  示波器

谈及分辨率,人们最容易想到的是图像分辨率。买电视、显示器、数码相机、打印机的时候都会考虑这个指标,一般用水平和垂直方向的像素点个数,或者DPI(Dots Per Inch)来表示。显然高分辨率图像更能清楚展示细节。而对于数字示波器,工程师极少谈及它的分辨率,谈得更多的是带宽、采样率等指标。示波器也有分辨率,更准确地说是垂直分辨率,也就是模数转化器(ADC)的量化位数。一般各个厂家生产的实时示波器ADC位数都为8bit,故而极少提及垂直分辨率。

实时示波器由于采样率高,ADC位数很难提高。在需要高分辨率测量的场合经常由低采样率的数据采集卡来实现。为满足高分辨率的测试需求,美国力科公司研发了新型实时示波器WaveRunner HRO 6Zi,简称HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位数到达12bit,同时具备较高的采样率 - 2GS/s。存储深度(记录长度)可以到达每通道256M采样点。HRO示波器高分辨率、高采样率和长存储特性使其在多数测试场合中都能替代数据采集卡。当然,它也具备示波器擅长的测量、分析和调试功能,易用性更好。

ADC位数对垂直分辨率有多大影响?我们来看下图,这是用8bit示波器和12bit示波器分别对同一个信号采集后,对其中部分波形放大显示的结果。

可以看出8bit示波器采集的波形出现台阶状现象,这是因为信号的微小变化和ADC量化误差相当,信号的微小变化淹没在了量化噪声中。可能很多工程师使用示波器时并没有注意到这个现象。好比两台尺寸相同、分辨率不一样的电视机,站在5米外观看可能看不出差别,靠近了观察就能发现低分辨率电视机的像素点更粗、马赛克现象更明显。那么把示波器捕获的信号放大、观察细节,也就有类似的效果。

垂直分辨率还和示波器本身的噪声和失真水平有关。打个比方,一台高分辨率的电视机,如果它内部电路噪声很大,导致屏幕出现很多雪花点。即便是高清片源也会被这些雪花点给模糊了。同样道理,示波器ADC能够分辨的最小电压也可能淹没在示波器的噪声中。如何评估示波器的噪声水平呢?有的示波器厂家喜欢用基底噪声(noise floor):示波器不输入信号,测量基线的噪声大小。这种指标只能作为参考。因为没有人使用示波器时不输入信号。有无输入信号,示波器内部电路的工作状态可能差别很大。下面两图是某示波器没有输入信号和输入一个高信噪比的5GHz正弦波的对比图,并分别对时域波形做FFT,观察频域。在没有信号输入时,频域噪底比较平坦,而输入正弦波后,除了信号基频和谐波分量以外,出现不少杂散,而且噪底的形状也不再平坦。因此基线噪声不是评估示波器噪声水平的合理指标。

更科学的指标是信号与噪声失真比(Signal to Noise and Distortion Ratio ,SINAD),以及有效位数(Effective Number Of Bits,ENOB)。SINAD的测量需要输入一定频率一定幅度的高信噪比正弦波给示波器,计算信号功率和噪声失真功率之比。ENOB在数学上可以通过SINAD计算得到。SINAD、ENOB与输入信号频率、幅度的大小以及示波器的工作状态都有关,更详细的说明请参考:
http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf

[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/2015/0617/article_12003.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