示波器ENOB值在提升准确度中的作用

经验丰富的示波器使用者会进一步评估示波器的更新率、固有抖动、杂讯位准，以及所有可提升量测品质的规格。然而，评估频宽达GHz范围的示波器时，还须考虑另一项品质指标，亦即透过有效位元数(ENOB)来描述示波器中的类比数位转换器(ADC)特性。因此，如何有效掌握示波器的量测准确度，ENOB遂成为至关重要的指标。

　　检视前端/ADC设计品质　首重ENOB/杂讯位准

　　在示波器架构中，前端(Front-end)与ADC技术是提升量测准确度的关键要素，因为示波器前端可调理仪器取样到的讯号，以便让ADC可正确将讯号数位化。其中，示波器前端元件包含衰减器、前置放大器和讯号分配路径，示波器设计工程师往往须费尽心力设计前端元件，才能获得平坦的频率响应、较低的杂讯，和所需的频率下降度。

　　由于示波器对ADC的需求不尽相同，因此示波器厂商一般会自行设计ADC晶片，但每次开发新的前端元件或ADC都须投入相当可观的成本，故设计出的ADC会用于多个示波器系列和不同代的机种。示波器设计团队会尽可能减低这些电路对取样讯号量测结果的影响，以提升量测准确度。

　　虽然使用者可衡量ADC和前端元件组合在一起后的特性，却很难单独分析个别元件的特性，因此，必须透过很多方法来评量示波器的前端电路品质，而示波器厂商通常使用杂讯量测和ENOB来评估示波器前端与ADC的设计品质。

　　不过，挑选示波器时不能仅止于评估ENOB或杂讯位准，而要综合考虑示波器的整体效能，特别是评估不同垂直设定与偏移值下的示波器杂讯位准，有助于进一步确认示波器量测品质良莠，并可得知示波器前端和ADC转换器设计是否够稳定。

　　由于示波器杂讯会增加不必要的抖动而减少设计余裕，且通常示波器频宽愈高，产生的内部杂讯就愈多，这是因为在高频状态下示波器会接收累积杂讯;而频宽较低的示波器则因频率下降度较低，反而可滤掉这些杂讯。因此，欲评估示波器杂讯，最直接的方法就是输入通道不接收任何东西，并藉由改变垂直灵敏度与偏移值来查看电压的均方根(RMS)值。

　　掌握ENOB量测要素　讯号源振幅/频率须重视

　　实际上，ENOB是以一个固定振幅的正弦波进行扫频量测，然后撷取电压量测结果并进行评估与分析，分析方法可分为时域和频域法。时域量测法是将撷取到的时域资料，减去电压对时间关系所呈现的最理想波形，来计算ENOB值，亦即杂讯。

　　其中，杂讯可能来自示波器前端，例如不同频率下相位的非线性和振幅变化，也可能来自于ADC的交错失真。至于使用频域法计算ENOB时，则须将与主讯号相关的功率减去整个宽频的功率，如此一来，时域和频域法所得的结果方能一致。

　　另外，若想执行ENOB量测，或是分析示波器厂商提供的ENOB规格，必须考虑以下几点。首先，量测ENOB时所使用的讯号源，其频谱纯度会影响其量测结果，因此，讯号源和搭配使用的滤波器应确保来源ENOB大于示波器的ENOB。

　　其次，量测所得的ENOB值与讯号源是否充满示波器全萤幕的振幅比有关，使用充满示波器全萤幕的75%或90%不同讯号源进行量测，所得的ENOB值将不相同，有鉴于此，国际电子互连封装协会联合数据中心(JDEC)标准建议以全萤幕的90%做为确认ENOB值的振幅。

　　显而易见，ENOB值与示波器量测品质息息相关，故在比较或测试任何有效位元规格时，务必考虑到待测讯号振幅及频率对ENOB的影响。

　　通用ENOB标准助阵　ADC优劣立见