ENOB也會影響示波器測試結果

　　摘要：平時我們都關注示波器的三大核心指標：帶寬、采樣率、存儲深度，但是除了三大技術指標，還有底噪、非線性度、偏置誤差等，上述指標決定了能否實現更精確的測量，那究竟這些指標的高低由誰來決定呢?

　　當選用示波器進行測量時，除了關注核心指標，示波器測試系統的質量也是極為重要的，底噪、非線性度、偏置誤差等決定了是否可以進行更好的測量，而這些指標主要由示波器的ADC性能決定，這就要引入一個概念：等效位數(ENOB，effective number of bits)。

　　1. ENOB是什么

　　ENOB(等效位數)是一個極為綜合的指標，在一定程度上涵蓋了數字示波器的多種誤差，例如偏置誤差、增益誤差、非線性度、噪聲等等。

　　在介紹ENOB之前，先介紹下SINAD，即為信號-噪聲及失真比，SINAD=S/(N+D)，其中S是信號功率、N是噪聲功率、D是失真功率，也就是說，SINAD與信號功率呈正比，與噪聲及失真功率呈反比，所以提高SINAD的方法有：降低噪聲、提高信號的純度(減小信號的畸變)。

　　ENOB=(SINAD-1.76dB)/6.02，其中1.76為理想ADC的量化噪聲，6.02為將log2轉化為log10的系數比。很明顯，SINAD越大，ENOB越大，而提升SINAD的方法就是重點關注與測試精度有關的電路。

　　在數字示波器的架構中，與測試精度有關的電路有：前端采集電路、ADC采樣電路。被測信號經前端采集電路進行調理后傳輸給ADC進行采樣。其中前端采集電路及ADC采樣電路對ENOB有較大影響，實際工作時，偏置誤差， 非線性誤差，增益誤差，隨機噪聲，甚至還有 ADC 交織引起的噪聲都會增大ENOB。

　　2. ENOB說明了什么

　　ENOB是衡量ADC性能的標尺，若示波器ENOB指標好，那么偏置誤差、增益誤差、非線性度等都較小，同時帶寬噪聲也較低。如果主要被測信號是正弦波信號，那么ENOB就需要重點關注。

　　通常示波器都由前端電路衰減器、放大器等信號調理電路、ADC采樣電路組成，在設計的時候，會在前端采用各種射頻技術，各種頻率響應方式，實現最好的頻響平坦度，以便ADC采樣時失真最小，增大ENOB指標。

　　3. 如何判斷ENOB的大小

　　3.1 1.底噪

　　示波器在不同垂直檔位及偏置下的底噪大小是評估示波器測量質量的一個重要依據，通過觀測底噪大小，可以判斷前端采集電路和ADC采樣電路設計的優劣，因為示波器的底噪會增加額外的抖動并較小設計裕量，對測試結果造成較大的影響。

　　一般情況下，帶寬越大、底噪越大，因為高頻噪聲會進入示波器內，最直接評估示波器底噪的方法便是輸入通道不接入任何信號，測量在不同量程和偏置下的電壓有效值。

　　下圖為ZDS2022底噪實測圖。

　　圖1 底噪實測圖

　　3.2 2.信噪比

　　除此之外，對標準正弦波進行FFT變換，通過觀測信噪比(SNR)的大小也是評判ENOB的常用方法。下圖為對正弦波信號進行FFT變換，頻譜圖的左上角顯示的參數中有SNR(SNR與SINAD呈正相關)，通過觀測SNR的大小也可對ENOB進行評估。

　　圖2 觀察FFT變換后的SNR大小

　　4. ENOB對于選擇示波器有多重要?

　　這主要取決于被測信號的類型以及對于測試結果準確性的要求。ENOB曲線應該和底噪聲一起考慮。

　　ENOB 對于測試小信號，尤其是高速數字接口或頻域信號分析，直接影響動態范圍，可見 ENOB是很重要的一個系統指標。尤其當被測信號主要為正弦波，如一些軍事應用中那樣，ENOB可能是一個很好的標準。

　　5. 總結

　　ENOB是衡量示波器調理電路、模數轉換器(ADC)性能的綜合指標，ENOB越大，示波器數據采樣的精度就越高，示波器底噪、產生的各類誤差越小。

　　下表為ZDS2022與同行其他廠家底噪對比表，通過對比表我們不難發現，在相同參數情況下，ZDS2022的底噪更小，可以實現更為準確的測量!

　　表1 示波器底噪對比表