原创 漫谈示波器的ENOB－之一

      当用户选择示波器时，大家都知道一些关键指标如带宽、采样率、存储深度。但仅这些指标并不能充分描述示波器的质量，所以有经验的人还会比较波形捕获率、本底抖动、底噪声等。对于GHz级带宽的示波器来说，有时会引入一个ENOB（effective number of bits，即等效位数）的指标来描述示波器里使用的模数转换器（ADC）的性能。ENOB指标的提出是因为当高速ADC进行数据采集时，由于噪声和失真的影响，实际ADC的信噪失真比达不达其标称位数应达到的理想性能，比如很多通信中使用的12bit的ADC在实际工作环境中有效位数只有10bit左右。

      关于ENOB的具体定义可以参考另一篇博文。 http://blog.ednchina.com/bjlk/240539/message.aspx

      在数字示波器的架构中，和测量精度有关的电路包括示波器的前端电路（主要是衰减器、放大器等信号调理电路）和ADC，示波器的前端电路对被测信号进行调理以便后面的ADC可以正确进行采样和数字化。示波器的设计人员通常花费大量精力设计前端电路以获得平坦的频率响应、低的噪声以及期望的频响曲线；而由于示波器对于ADC有特殊要求，所以示波器厂商一般都自己设计ADC芯片。对于使用者来说，对各部分指标单独衡量不太现实也没有太大意义，能做到的就是衡量前端电路和ADC组合在一起后的指标。

      有很多方法可以测量示波器前端电路和ADC的质量，最常用的指标就是底噪声和ENOB。

      示波器在不同垂直量程和偏置下的底噪声是评估示波器前端质量的一个很好依据，这些测量结果可以告诉用户示波器的前端和ADC电路设计得有多纯净。一般情况下，示波器带宽越高，其内部噪声就越高。因为高频噪声会进入高带宽示波器内，但对于低带宽示波器来说，这些高频噪声则会被其过滤掉。最直接的评估示波器底噪声的方法就是输入通道不接任何东西，然后测量示波器在不同量程和偏置情况下电压的RMS值。

      ENOB指标的定义来源于IEEE， 主要目的是帮助用户评估不同ADC的好坏，而整个示波器系统的ENOB会比分立ADC芯片的ENOB要低。ENOB指标受很多因素的影响,比如要充分利用8bit的垂直量程范围，用户需要放大波形以充满示波器的垂直量程范围，但这会造成观察信号更加困难，并且有可能会造成ADC的饱和。极端一点，如果用户只使用了满量程的一半，对于8bit的ADC来说，实际使用的ADC的位数最多也只有7bit。除此以外，前端噪声、谐波失真、ADC交织造成的失真也都会减小示波器的有效位数。另外，所有高速ADC都不能保证对所有频率的输入信号都有相同的ENOB，因此ENOB一定是一个随频率变化的量。