数字转换器噪声对示波器测量的影响

起点是确定数字转换系统的SNR，并根据上述

方程获得有效位。这种方法提供了一种易于理解并通用的品质因数，可供比较。

　　基本的测试步骤包括为数字转换器施加一个已知的高质量信号，然后分析数字转换后的波形（图3）。测试用一个正弦波作为测试信号，因为高质量正弦波的生成和特性确定都相对较容易。一般的测试要求是：正弦波发生器的性能必须明显超过待测数字转换器。否则，测试将无法从信号源误差中分辨出数字转换误差。可能需要在源上增加滤波器，使源的谐波明显低于对于待测数字转换器的预期值。

　　要获得ENOB，必须计算一个完美的（或理想的）正弦波，并将其加到自己的示波器上，使其适配于数字转换的正弦波。这种方法模拟了一个理想的N bit待测数字转换器可产生的内容。然后，可以计算出理想正弦波与经过完美采样和数字转换的波形之间的差值。这个差的rms值就是理想量化误差。在ENOB方程中，从实际数字转换正弦波中减去理想正弦波，找到结果的rms值，就得到了rms误差值。另外，可以找出信号的rms值和rms误差，用它们计算出SNR。最后的计算就得到了数字转换器的一个ENOB。对各种频率都保持输入信号幅度为常数，就可以进一步计算出目标数字转换器或数字转换系统的各个ENOB。然后绘出不同频率下的这些数值图，获得一个数字转换器的性能曲线。

　　ENOB测量得到了包含数字转换系统关键误差的品质因素，易于理解和用于比较。ENOB取决于输入信号的满量程数字转换幅度的百分比。测试一款小于满量程幅度的数字转换器一般获得的ENOB数值要优于满量程测试值。无论采用的是何种测试方案（满量程或部分量程），输入测试信号的幅度规格都应伴随着结果。

示波器噪声

　　当对数字示波器与模拟示波器作比较时，有一个常见的误区，那就是数字示波器的垂直噪声水平较高。采用数字示波器时，显示的轨迹可能要比模拟示波器更粗。然而，数字示波器的噪声水平并不比相当的模拟示波器更高；它只是表现为这种方式。

　　采用CRT显示屏的模拟示波器并不会显示噪声的极值范围，因为它们出现得很快，很少见（图4），这意味着磷光也一闪而过，因此这些极值范围很暗，或根本无法在屏幕上显示。模拟仪器不会显示各个时间上的电压，但有一个第三尺度：亮度。亮度与信号发生的频率有关。一个DSO（数字信号示波器）会以相同亮度，显示每个bit，无论像素被击中的频率如何（图5）。DPO（数字荧光示波器）提供了一种存储第三尺度的方式，即根据击中的频率对信号划分等级（图6）。

真实世界的信号噪声

　　ENOB性能表明，噪声会同时影响到幅度和时序测量。为了演示噪声对幅度的影响，在一台13 GHz带宽，400 mV满量程电压的Tektronix DPO/DSA70000B示波器上加了一个6.5 GHz的正弦波。它还有无限大的显示余辉，这样可以看到所有采集的变动。在不作平均时，测试运行包含了大约1万次采集。结果在峰值时轨迹粗细约为15.9 mV，相当于该示波器满量程的3%（图7）。这个结果对应于6.5 GHz时约5.9 ENOB（图8）。采用相同测试设置时，比较性测试表明其它示波器的峰值时轨迹粗在35 mV以上，ENOB约4.5。

ENOB 效果

　　ENOB效果也可以在眼图上看。ENOB性能同时影响到眼图的幅度和抖动。5 Gbps的眼图表示了一个与PCIe（外设部件快速互连）2代或USB（通用串行总线）3.0相关的信号码率（图9）。

　　测试时，将此信号加在Tektronix DPO70000B示波器上，仪器设定为测量TIE（时间间隔误差）抖动，它同时影响着抖动与幅度噪声。本测试获得的抖动为3.08 ps峰峰值。在比较测试中，有些示波器对相同信号的抖动超过11 ps峰峰值。

　　同样，噪声也影响着眼图的幅度。此时，在眼的50%点处测量眼的高度，得到约582 mV的幅度。与之相比，其它仪器测得的不到525 mV。

　　所有数字转换系统都有随速度提升而劣化的噪声。因此，拥有一种评估数字转换系统（包括测试仪器）实际噪声性能的方法就很有用。 ENOB是一种针对任何模拟或数字系统中信号完整性的常用品质因数，代表了一个频率范围上累积的误差。通常，ENOB值会随频率的升高而减小。

　　当对实际信号做幅度测量时，很容易看到由于较低ENOB性能所致的误差，增加了噪声，做抖动测量时也获得更高的抖动。随着ENOB数值的下降，仪器的测量精度也下降，这直接等同于可在仪器上测试的余量。记住这些因素后，应仔细评估ENOB性能，尤其是对那些高码率和快速边沿的应用。