提高垂直分辨率一直是示波器設(shè)計(jì)者的目標(biāo)，因?yàn)楣こ處熜枰獪y量更精細(xì)的信號(hào)細(xì)節(jié)。但是，想獲得更高垂直分辨 率并不只理論上增加示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的位數(shù)就能實(shí)現(xiàn)的。泰克 4、5 和 6 系列示波器采用全新的 12 位 ADC 和兩種新型低噪聲放大器，不僅在理論上提高分辨率，在實(shí)用中垂直分辨率性能大大提升。這些顛覆式的產(chǎn)品 擁有高清顯示器和快速波形更新速率，并且實(shí)現(xiàn)更高的垂直分辨率來查看信號(hào)的細(xì)節(jié)。 本文重點(diǎn)介紹泰克 4、5 和 6 系列 MSO 設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)更高分辨率采集細(xì)節(jié)所采用的技術(shù)，另外還介紹了有效位數(shù) （ENOB）指標(biāo)，以及這一重要性能指標(biāo)的作用和局限性。

需要更高的垂直分辨率 在數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)采樣時(shí)，ADC 會(huì)把信號(hào)分成多個(gè)垂直二進(jìn)制數(shù)據(jù)（有時(shí)稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換電平或量化電平或最低有 效位（LSB））。每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示一個(gè)離散的垂直電壓等級(jí)，二進(jìn)制數(shù)據(jù)越多，分辨率越高。這些模數(shù)轉(zhuǎn)換等級(jí) 在 ADC 中表示為 2N，其中 N 表示位數(shù)。 圖 1：6 系列 MSO 采用 12 位 ADC、信號(hào)處理和 低噪聲前端實(shí)現(xiàn)高垂直分辨率。 2 tek.com 先來看一個(gè)電源開關(guān)實(shí)測對(duì)比 在這個(gè)例子中，我們想要觀察一個(gè)相當(dāng)大的開關(guān)信號(hào)上的周期性振蕩。開關(guān)電路在每個(gè)周期后會(huì)產(chǎn)生振蕩，我們的 目標(biāo)是檢查這些振蕩。但與開關(guān)信號(hào)的幅度相比，振蕩相對(duì)較小。圖 1 顯示了使用不同垂直分辨率示波器進(jìn)行相同 測試的結(jié)果。為了看到整個(gè)開關(guān)周期，垂直刻度必須設(shè)置為大約 1V/ 分以將信號(hào)適應(yīng)顯示的 10 個(gè)刻度。

測試結(jié)果

圖顯示了兩臺(tái)示波器在相同條件下的測試結(jié)果：（采樣率為 250MSa/s，采樣點(diǎn)數(shù)為 10k，垂至刻度為 1V）。兩臺(tái)儀器都使用了相同的 IsoVu 光學(xué)隔離電壓探頭，以消除其它探頭可能引入的噪聲。 可以看到，8 位示波器由于量化級(jí)數(shù)小而導(dǎo)致在高放大倍數(shù)下的結(jié)果出現(xiàn)了明顯的鋸齒狀，使得分析振蕩變得困難。

需要更高的垂直分辨率 在數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)采樣時(shí)，ADC 會(huì)把信號(hào)分成多個(gè)垂直二進(jìn)制數(shù)據(jù)（有時(shí)稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換電平或量化電平或最低有 效位（LSB））。每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示一個(gè)離散的垂直電壓等級(jí)，二進(jìn)制數(shù)據(jù)越多，分辨率越高。這些模數(shù)轉(zhuǎn)換等級(jí) 在 ADC 中表示為 2N ，其中 N 表示位數(shù)。 測試結(jié)果 圖 2 和圖 3 顯示了兩臺(tái)示波器在相同條件下的測試結(jié)果：（采樣率為 250MSa/s，采樣點(diǎn)數(shù)為 10k，垂至刻度為 1V）。兩臺(tái)儀器都使用了相同的 IsoVu 光學(xué)隔離電壓探頭，以消除其它探頭可能引入的噪聲。 可以看到，8 位示波器由于量化級(jí)數(shù)小而導(dǎo)致在高放大倍數(shù)下的結(jié)果出現(xiàn)了明顯的鋸齒狀，使得分析振蕩變得困難。 圖 1：使用 8 位 MDO4000C（左側(cè)）和 12 位 4 系列 MSO（右側(cè)）示波器放大顯示一個(gè)切換信號(hào)

一般正弦波視垂直分辨率會(huì)表現(xiàn)出很大的差異。圖是使用 2 位 ADC 轉(zhuǎn)換后的正弦波，22=4 個(gè)模數(shù) 轉(zhuǎn)換電平。數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在 4 個(gè)不同的垂直二進(jìn)制數(shù)據(jù)中：00、01、10 或 11。4 位 ADC 有 16 個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換等級(jí)， 作為 4 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換等級(jí)越多，分辨率越高，數(shù)字示波器表示的信號(hào)越接近原始模擬信號(hào)。