那么，當(dāng)選擇示波器時(shí)，ENOB到底重要嗎?ENOB能有效預(yù)測(cè)示波器的測(cè)量精度嗎?

　　在數(shù)字示波器的架構(gòu)中，和測(cè)量精度有關(guān)的電路包括示波器的前端電路和采用的ADC技術(shù)。示波器的前端電路對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理以便后面的ADC可以正確進(jìn)行采樣和數(shù)字化。前端電路包括衰減器、放大器和信號(hào)分配路徑。

　　示波器的設(shè)計(jì)人員花費(fèi)大量精力設(shè)計(jì)前端電路以獲得平坦的頻率響應(yīng)、低的噪聲以及期望的頻響曲線(xiàn)。由于示波器對(duì)于ADC有特殊要求，所以示波器廠商一般都自己設(shè)計(jì)ADC芯片。開(kāi)發(fā)新的前端和ADC需要大量投入，因此設(shè)計(jì)出來(lái)的ADC通常會(huì)用于多個(gè)示波器系列或多代示波器中。示波器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)盡量使這些電路對(duì)被測(cè)信號(hào)的失真盡可能小，以獲得*好的測(cè)量精度。

　　對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，用戶(hù)可以衡量前端電路和ADC組合在一起后的指標(biāo)，但是不太容易對(duì)各部分指標(biāo)單獨(dú)衡量。有很多方法可以測(cè)量示波器前端電路質(zhì)量，示波器廠商通常使用底噪聲和ENOB指標(biāo)來(lái)評(píng)估示波器的前端和ADC電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量，但很多時(shí)候綜合考慮示波器的性能比單獨(dú)評(píng)估ENOB或底噪聲更加有用。

　　示波器在不同垂直量程和偏置下的底噪聲是評(píng)估示波器測(cè)量質(zhì)量的一個(gè)很好依據(jù)，這些測(cè)量結(jié)果可以告訴用戶(hù)示波器的前端和ADC電路設(shè)計(jì)得有多純凈，因?yàn)槭静ㄆ鞯牡自肼晻?huì)增加額外的抖動(dòng)并減小設(shè)計(jì)裕量。一般情況下，示波器帶寬越高，其內(nèi)部噪聲就越高。因?yàn)楦哳l噪聲會(huì)進(jìn)入高帶寬示波器內(nèi)，但對(duì)于低帶寬示波器來(lái)說(shuō)，這些高頻噪聲則會(huì)被其過(guò)濾掉。*直接的評(píng)估示波器底噪聲的方法就是輸入通道不接任何東西，然后測(cè)量示波器在不同量程和偏置情況下電壓的RMS值。

　　IEEE定義了一種用ENOB評(píng)估ADC質(zhì)量的方法。現(xiàn)在的數(shù)字示波器主要使用2種ADC技術(shù)：流水線(xiàn)型或Flash型。流水線(xiàn)型ADC使用2級(jí)或多級(jí)轉(zhuǎn)換以獲得更高的轉(zhuǎn)換速率，比如Agilent的90000A系列示波器使用的20G/s采樣率的ADC,其內(nèi)部是由80個(gè)256M/s采樣率的ADC組成以獲得更高的采樣率。有趣的是，和常識(shí)相反，一些示波器在不使用*高采樣率時(shí)可以提供更高的測(cè)量精度。這是由于有些示波器為了獲得高采樣率可能需要多片ADC進(jìn)行拼接，這會(huì)造成額外的拼接誤差從而造成信號(hào)失真，并且還會(huì)增加額外的高頻噪聲。FLASH型的ADC用一組比較器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行并行采樣，每個(gè)比較器對(duì)應(yīng)一段電壓范圍。比較器的結(jié)果輸出送給邏輯解碼電路，每段輸入電壓范圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)解碼的輸出結(jié)果。無(wú)論使用哪種ADC技術(shù)都有其局限性，比如Flash型的ADC的線(xiàn)性誤差差一些，而流水線(xiàn)型ADC可能會(huì)有更多拼接帶來(lái)的誤差。IEEE建立了ENOB的標(biāo)準(zhǔn)用于幫助用戶(hù)評(píng)估不同ADC的好壞。

　　示波器廠商會(huì)對(duì)其使用的分立的ADC芯片做內(nèi)部評(píng)測(cè)，同時(shí)也會(huì)評(píng)測(cè)整個(gè)示波器系統(tǒng)的ENOB,整個(gè)示波器系統(tǒng)的ENOB會(huì)比分立ADC芯片的ENOB要低。由于ADC僅為示波器系統(tǒng)的一部分，不能獨(dú)立使用，因此整個(gè)示波器系統(tǒng)的ENOB指標(biāo)才有意義。

　　用戶(hù)通常沒(méi)有充分使用示波器的ADC的8bit分辨率。比如要充分利用8bit的垂直量程范圍，用戶(hù)需要放**形以充滿(mǎn)示波器的垂直量程范圍，但這會(huì)造成觀察信號(hào)更加困難，并且有可能會(huì)造成ADC的飽和等不必要的影響。因此，如果用戶(hù)只使用了滿(mǎn)量程的一半，對(duì)于8bit的ADC來(lái)說(shuō)，實(shí)際使用的ADC的位數(shù)就只有7bit。除此以外，前端噪聲、諧波失真、交織造成的失真也都會(huì)減小示波器的有效位數(shù)。

　　ENOB的值和頻率有關(guān)，且每款示波器都有自己的ENOB曲線(xiàn)。ENOB曲線(xiàn)是針對(duì)整個(gè)示波器系統(tǒng)的而不僅是其8bit的ADC芯片。

　　什么是ENOB?ENOB是怎么測(cè)量的?

　　ENOB 是用一個(gè)固定幅度的正弦波信號(hào)進(jìn)行掃頻，在不同頻率下對(duì)采集到的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估。分析的方法可分為時(shí)域和頻域的。時(shí)域的評(píng)估方法是把采集到的時(shí)域數(shù)據(jù)和一個(gè)據(jù)此的擬和出的理想波形相減，相減的結(jié)果就是噪聲。噪聲可能來(lái)自于示波器的前端，比如不同頻率下相位的非線(xiàn)性和幅度變化，還有可能來(lái)自于ADC拼接造成的失真。頻域的評(píng)估方法是對(duì)信號(hào)做FFT變換，然后把主信號(hào)功率和帶寬內(nèi)的其它噪聲和失真功率相減。用時(shí)域和頻域方法得到的結(jié)果是一樣的。

　　如果您想進(jìn)行ENOB測(cè)量，或者分析您的示波器廠商提供的ENOB指標(biāo)，需要考慮以下因素。進(jìn)行ENOB測(cè)量時(shí)使用的正弦波信號(hào)源的純度會(huì)影響ENOB的結(jié)果。首先，信號(hào)源和配合使用的濾波器需要保證測(cè)量源的ENOB比被測(cè)示波器的ENOB要大。其次，ENOB的測(cè)量結(jié)果和被測(cè)信號(hào)是否充滿(mǎn)示波器滿(mǎn)量程有關(guān)，被測(cè)信號(hào)充滿(mǎn)示波器屏幕滿(mǎn)量程的75%和90%得到得ENOB的結(jié)果是不一樣的。任何有效bit的的比較或測(cè)量都需要考慮被測(cè)信號(hào)的頻率和幅度的影響。

　　ENOB能說(shuō)明什么?

　　ENOB 可以用來(lái)衡量示波器ADC的質(zhì)量。如果示波器的ENOB指標(biāo)好，它的時(shí)間誤差、頻率雜散(通常由拼接誤差引起)都比較小，同時(shí)寬帶噪聲也比較低。如果您的應(yīng)用主要和正弦波相關(guān)，ENOB是進(jìn)行示波器選擇的很有用的指標(biāo)。

　　ENOB不能說(shuō)明什么?

　　盡管ENOB是測(cè)量ADC和前端好壞的一個(gè)方法，但是它忽略了其它幾個(gè)屬性。ENOB沒(méi)有考慮偏置誤差、相位不一致以及頻響失真等。圖2顯示了一個(gè)輸入信號(hào)在兩臺(tái)不同的示波器上的測(cè)量結(jié)果。兩臺(tái)示波器的ENOB是相同的，但示波器1顯示的波形更加接近真實(shí)的輸入信號(hào)，而示波器2顯示的波形就失真比較大。

　　盡管ENOB提供了一種評(píng)估示波器的基本方法，它并沒(méi)有考慮到幅相平坦度的影響。

　　圖中示波器1和2有相同ENOB,但示波器2有偏置誤差和相位失真，因此不能真實(shí)還原輸入信號(hào)。

　　ENOB沒(méi)有考慮到示波器可能引入的偏置誤差，兩臺(tái)有相同ENOB的示波器有可能顯示的波形形狀完全一樣但是**電壓偏置不一樣。對(duì)于這一點(diǎn)，測(cè)量示波器在不同偏置下的底噪聲或者評(píng)估直流增益指標(biāo)可以提供更好的評(píng)價(jià)方法。

　　理想情況下所有示波器都具平坦的相位和頻響曲線(xiàn)以及相同的滾降方式，但事實(shí)上一般在示波器廠商的指標(biāo)手冊(cè)里都找不到相位和頻響曲線(xiàn)，同樣ENOB也沒(méi)有考慮頻響平坦度或相位的不一致性。事實(shí)上，不同示波器型號(hào)的頻響和相位不一致性是不一樣的。比如用兩臺(tái)同樣標(biāo)稱(chēng)6GHz帶寬的示波器測(cè)量2.1GHz的正弦波時(shí)可能會(huì)得到不同的波形。一臺(tái)示波器可能頻響曲線(xiàn)滾降比較慢并且只進(jìn)行很小的相位修正，另一臺(tái)示波器的頻響曲線(xiàn)則可能在滾降前在6GHz以上有一個(gè)峰并使用了大量相位校正算法。濕度傳感器探頭, 不銹鋼電熱管, PT100傳感器, 流體電磁閥,鑄鋁加熱器,加熱圈

示波器有更高的ENOB并不是示波器能夠真實(shí)重現(xiàn)輸入信號(hào)的必要條件。 

　　怎樣增加我示波器的ENOB?

　　明顯的答案是先購(gòu)買(mǎi)一個(gè)有更高ENOB的示波器。如果被問(wèn)到，示波器廠商可能會(huì)提供每個(gè)示波器型號(hào)的ENOB值。很多高帶寬示波器都提供有用戶(hù)可選的帶寬限制濾波器，打開(kāi)濾波器可以限制示波器的帶寬，這樣可以抑制交織誤差和噪聲等高頻分量，從而獲得更高的ENOB.除此以外，示波器還可以對(duì)重復(fù)性的或低頻信號(hào)使用平均或高分辨率的采集模式以減少寬帶噪聲。綜合使用這些模式可以有效進(jìn)行更高精度測(cè)量。

　　ENOB對(duì)于選擇示波器有多重要?

　　這主要取決于您在測(cè)量什么，以及ENOB是否會(huì)影響到您的測(cè)量結(jié)果。ENOB曲線(xiàn)應(yīng)該和底噪聲一起考慮。高速串行的數(shù)字信號(hào)有固定的數(shù)據(jù)速率，因此在特定頻率點(diǎn)會(huì)有諧波成分，這些諧波成分有可能通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)而不會(huì)受低有效bit的影響。對(duì)于這些應(yīng)用，示波器的底噪聲可以更好衡量測(cè)量精度。如果您的被測(cè)信號(hào)主要是基本的正弦波，如一些**應(yīng)用中那樣，ENOB可能是一個(gè)很好的標(biāo)準(zhǔn)。

　　您可以向示波器廠商咨詢(xún)感興趣的某型號(hào)示波器的ENOB,但重要的是要知道ENOB是一個(gè)隨頻率變化的值，您應(yīng)該知道所選設(shè)備在帶寬內(nèi)所有頻率點(diǎn)的ENOB值。