泰克 4 系、5 系和 6 系列 MSO 混合信號示波器提高垂直分辨率

提高垂直分辨率一直是示波器設計者的目標，因為工程師需要測量更精細的信號細節。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轉換器（ADC）的位數就能實現的。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，在實用中垂直分辨率性能大大提升。這些顛覆式的產品 擁有高清顯示器和快速波形更新速率，并且實現更高的垂直分辨率來查看信號的細節。 本文重點介紹泰克 4、5 和 6 系列 MSO 設計者實現更高分辨率采集細節所采用的技術，另外還介紹了有效位數 （ENOB）指標，以及這一重要性能指標的作用和局限性。

需要更高的垂直分辨率 在數字示波器對信號采樣時，ADC 會把信號分成多個垂直二進制數據（有時稱為模數轉換電平或量化電平或最低有 效位（LSB））。每個二進制數據表示一個離散的垂直電壓等級，二進制數據越多，分辨率越高。這些模數轉換等級 在 ADC 中表示為 2N，其中 N 表示位數。 圖 1：6 系列 MSO 采用 12 位 ADC、信號處理和 低噪聲前端實現高垂直分辨率。 2 tek.com 先來看一個電源開關實測對比 在這個例子中，我們想要觀察一個相當大的開關信號上的周期性振蕩。開關電路在每個周期后會產生振蕩，我們的 目標是檢查這些振蕩。但與開關信號的幅度相比，振蕩相對較小。圖 1 顯示了使用不同垂直分辨率示波器進行相同 測試的結果。為了看到整個開關周期，垂直刻度必須設置為大約 1V/ 分以將信號適應顯示的 10 個刻度。

測試結果

圖顯示了兩臺示波器在相同條件下的測試結果：（采樣率為 250MSa/s，采樣點數為 10k，垂至刻度為 1V）。兩臺儀器都使用了相同的 IsoVu 光學隔離電壓探頭，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數小而導致在高放大倍數下的結果出現了明顯的鋸齒狀，使得分析振蕩變得困難。

需要更高的垂直分辨率 在數字示波器對信號采樣時，ADC 會把信號分成多個垂直二進制數據（有時稱為模數轉換電平或量化電平或最低有 效位（LSB））。每個二進制數據表示一個離散的垂直電壓等級，二進制數據越多，分辨率越高。這些模數轉換等級 在 ADC 中表示為 2N ，其中 N 表示位數。 測試結果 圖 2 和圖 3 顯示了兩臺示波器在相同條件下的測試結果：（采樣率為 250MSa/s，采樣點數為 10k，垂至刻度為 1V）。兩臺儀器都使用了相同的 IsoVu 光學隔離電壓探頭，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數小而導致在高放大倍數下的結果出現了明顯的鋸齒狀，使得分析振蕩變得困難。 圖 1：使用 8 位 MDO4000C（左側）和 12 位 4 系列 MSO（右側）示波器放大顯示一個切換信號

一般正弦波視垂直分辨率會表現出很大的差異。圖是使用 2 位 ADC 轉換后的正弦波，22=4 個模數 轉換電平。數據可以存儲在 4 個不同的垂直二進制數據中：00、01、10 或 11。4 位 ADC 有 16 個模數轉換等級， 作為 4 位數據存儲。因此，模數轉換等級越多，分辨率越高，數字示波器表示的信號越接近原始模擬信號。