評估示波器信號完整性的五大要點

同品牌同頻寬同設定的兩款示波器測試同一個信號時，其眼圖開口各有高低。左邊的雜訊較高、頻率響應變異也較大；而右邊Infiniium S系列量測結果更準確。

您有沒有過這樣的經驗：將兩台不同的示波器連到相同的信號，所得到的量測結果卻截然不同？它不但會影響到設計，同時也會影響到用來量測這些設計的儀器。

示波器性能取決於其自身信號完整性指標的良莠，以下5個要點可協助您快速判斷示波器信號完整性指標的良莠：1.可提供多清晰的解析度？2.垂直刻度範圍是多少？3.儀器本身的雜訊夠低嗎？4.頻率響應夠平坦嗎？5.有效位元數(ENOB)是多少？

示波器必須符合以上所有5個指標，才算是具有高信號完整性的示波器。如果只有其中某幾項規格表現出色，其信號完整性將大打折扣。

解析度

類比數位轉換器(ADC)的位元數與示波器的解析度成正比。解析度是指由示波器的ADC所決定的最小量化位準(Quantization level)。8位元的ADC可將類比輸入信號編碼為2⁸ = 256個位準，亦即256個量化位準或Q位準。

一般而言，10位元ADC示波器的解析度比8位元ADC示波器高出4倍。如果垂直刻度設為每一格100mV，共有8格，則全螢幕顯示等於800 mV(8格 x 100 mV/格)，Q位準解析度就是800 mV除以256個量化位準，即3.125 mV。假如待測信號波形僅佔據示波器螢幕的1/2，那麼實際使用到的ADC位數就會下降1位元。如果將波形放大到佔據整個螢幕，示波器ADC的所有位元解析度就可以得到最充分利用。

直刻度範圍

ADC和示波器前端架構，以及使用的探棒，決定了示波器硬體能夠將垂直刻度設到多低。所有示波器的垂直刻度設定都有一個極限點，超過這個點，硬體便不再起作用，此時，即便使用者繼續使用旋鈕將垂直刻度設得更低，也不會改進解析度。

傳統示波器在垂直刻度降到10 mV/格以下，就會啟用軟體放大功能。部分廠商的示波器在較小的垂直刻度設定(通常是10 mV/格以下)時，會有頻寬限制。這是因為其示波器具有較高的前端雜訊，因此全頻寬下根本無法觀測小信號。

雜訊

雜訊是導致解析度下滑的元兇。示波器的雜訊來源包括其前端、ADC，以及連接到待測物的探棒或電纜等。要想查看小電流和低電壓值或是大信號的細微變化，請選擇具備低雜訊性能(高動態範圍)的示波器。您無法查看低於示波器雜訊底線的信號細節。如果示波器的雜訊底線高於ADC的量化位準，那麼使用者就無法使用更大的ADC位元數。

頻率響應

理想上，所有示波器的相位和頻率響應都應該是平坦的，這代表示波器平等地處理所有的頻率。振幅和相位頻率響應是衡量示波器之信號完整性的重要參數。不論是哪一款示波器，如果使用類比前端濾波器，一定會有或大或小的振幅和相位偏移，因而導致信號失真。有些中高階機型則結合使用類比前端和DSP「修正」濾波器，以產生平坦的振幅和相位頻率響應。

有效位元數(ENOB)

有效位元數是IEE標準，同時也是評量ADC以及示波器信號完整性的重要指標。不同於其他指標僅描述水平或是垂直屬性，ENOB可同時描述水平和垂直屬性。ENOB是透過對固定振幅的正弦波信號進行掃頻而測得；您可用測得的資料減去理論上的最佳正弦波資料，計算得出ENOB。示波器的ENOB會比ADC本身的位元數要低。它會隨著示波器頻率的變化而變化。

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