介紹

數字示波器中最重要的功能塊之一是模數轉換器或 ADC。本技術簡介解釋了為什么 ADC 分辨率（位數）已成為示波器中更重要的考慮因素，尤其是在測量小信號細節時。

圖 1. 通過數字示波器的廣義信號流。

許多高精度儀器在其 ADC 中使用大量位。例如，像 Keithley 2002 這樣的精密數字萬用表 (DMM) 可以進行多達 28 位的測量。那么為什么傳統上示波器的分辨率較低呢？示波器傳統上使用 8 位 ADC，因為示波器 ADC 技術優先考慮采樣率。8 位 ADC 可以提供高采樣率，因此具有出色的時間分辨率。即使是相對便宜的示波器現在也能以 GS/s 采樣。相比之下，數字萬用表的采樣率要低得多——大約每秒數十到數百個樣本。

示波器中的 8 位 ADC 為數百頻率的信號和 0 到 5 V 數量級的 TTL 電壓電平的信號提供了采集速度和幅度精度之間的良好平衡。對于這種類型的信號，8 位分辨率通常就足夠了.

然而，隨著我們轉向依賴高速網絡、低干擾和低功耗的物聯網設備、移動設備和自動駕駛汽車等新技術，工程師面臨著以更高的精度驗證極小幅度信號的新挑戰。

這種處理較小信號細節的需求推動了增加 ADC 位數的需求，同時小心地將示波器噪聲保持在較低水平。

傳統的 8 位 ADC（忽略過采樣和后處理提供 2 8 = 256 個垂直數字化電平。這對于需要在相對較高的電壓范圍內具有更高垂直分辨率的電源設計等應用來說可能過于粗糙。相比之下，12 位 ADC 可以提供多達 2 12 = 4096 個垂直數字化級別，極大地提高了垂直分辨率（圖 2）。

圖 2. 僅向 ADC 增加幾位可顯著改善 ADC 可解析的電壓電平數量。

泰克 12 位示波器核心的 ASIC

泰克全新 4 系列、5 系列、6 系列 MSO 示波器配備 12 位 ADC 技術，可幫助您準確捕獲微小的信號細節。高分辨率由稱為 TEK049 的定制 ASIC 提供，如圖 3所示，它是每個泰克 4、5 和 6 系列 MSO（混合信號示波器）的核心。這些示波器支持高清顯示、多達 8 個 FlexChannel? 輸入、12 位垂直分辨率和高達 16 位過采樣分辨率，這一切都歸功于集成到 TEK049 中的電路。它是一個高度集成的片上混合信號系統（SOC），有4億個晶體管和20億個連接，由四個ADC和信號處理組成。ADC 可以實現高達 25 GS/s 的采樣率。

圖 3. TEK049 ASIC 專為最新一代示波器而設計

測量案例研究：電源開關測量

在本例中，我們正在評估電源中的開關部分。這種測量具有挑戰性，因為我們想查看相當大的開關信號上的振鈴周期。與開關信號的幅度相比，振蕩相對較小。

圖 4顯示了使用具有不同垂直分辨率的示波器進行的相同測試。開關電路在每個周期后響鈴，目的是檢查振蕩。要查看整個開關周期，必須將垂直刻度設置為 1 V/div 左右，以使信號適合顯示器的 10 格。

圖 4. 使用 8 位 MDO4000C（左）和 12 位 4 系列 MSO（右）示波器放大開關信號

測量結果

圖 5 和圖 6顯示了相同條件下的兩個示波器：（250 MSa/s 采樣率，10 k 樣本，每格 1 V）。兩臺儀器都使用相同的 IsoVu 光隔離電壓探頭，實際上消除了探頭噪聲的影響。您可以看到，對于 8 位示波器，具有高縮放系數的結果是有限的，因為出現了顯著的量化步長，從而難以分析振蕩。但是，12 位示波器在可比較的縮放設置下清楚地顯示了振蕩。

圖 5. 8 位分辨率 MDO4000C 示波器上的振鈴

圖 6. 具有 12 位分辨率的新型 4 系列 MSO 示波器的振鈴

新的 4、5 和 6 系列 MSO 提供 12 位垂直分辨率，可以查看更多信號細節并進行更準確的測量。

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