表  1. 寬帶測量要考慮的關鍵特性。

我們來詳細解釋幾個關鍵項：

分辨率和動態(tài)范圍。數(shù)字化儀和示波器都使用 ADC 來采集波形數(shù)據(jù)。ADC   對輸入電壓進行采樣，并得出電壓電平的二進制表示。有效位數(shù)(ENOB)能很好地衡量動態(tài)范圍。ENOB   是考慮到噪聲和失真的有效位分辨率。它準確地反映了頻域或時域測量中出現(xiàn)的寬帶噪聲。

ENOB = (SINAD – 1.76) / 6.02

SINAD(信號-噪聲及失真比)衡量的是信號質(zhì)量。ADC 分辨率會對它造成影響，但還有其他一些因素也對它有影響。

例如：

- 8 位采集將 10 Vpp輸入范圍分成 28份 = 256 級，每級為 39 mV

- 10 位采集將級數(shù)增加 4 倍，16 位增加 256 倍(10Vpp 輸入范圍分為每級 152 uV)

示波器通常在非常大的帶寬上使用 8 位 ADC 進行采集。通過在示波器內(nèi)添加不同的濾波技術可以改善   ENOB。例如，是德科技InfiniiVision示波器(配有 8 位 ADC，采樣率達 2.5   GS/秒)具有高分辨率模式，可以在降低帶寬的前提下實現(xiàn)更好的分辨率，將 ENOB 提升到 12  位。示波器分辨率適用于呈現(xiàn)非常寬的帶寬上的時域測量結果。

數(shù)字化儀通常采用 12 位或 14 位 ADC，并可以在縮小的帶寬上獲得更高的分辨率。數(shù)字化儀通常具有更高的   ENOB，或者在更窄帶寬上提供更高分辨率。對于需要進行頻譜分析或具有動態(tài)信號(同時包含大電壓和小電壓分量)的應用(如調(diào)制后的波形)，較高的  ENOB  有助于實現(xiàn)更高的分辨率和更低的本底噪聲(或更好的無雜散動態(tài)范圍，即 SFDR)。與 8 位示波器可以提供 45 dB SFDR  相比，具有更高分辨率和良好  SFDR 的數(shù)字化儀能在數(shù)據(jù)分析期間捕獲更精細的細節(jié)，例如，一臺 10 位數(shù)字化儀可以提供 57 dB 的  SFDR，而 12 位數(shù)字化儀則能達到 65  dB。

輸入帶寬和采樣率。選擇具有足夠帶寬的數(shù)字化儀或示波器對于準確捕獲信號中最高頻率分量非常重要。奈奎斯特采樣定理表明，對于采樣系統(tǒng)，奈奎斯特頻率Fn等于采樣頻率   fs 的 1/2。奈奎斯特頻率以上的信號能量將與 ADC   采樣率混合，其產(chǎn)物將折返到基帶上感興趣信號的頂部，導致無法實施精確采集(也稱為混疊)。輸入帶寬限制濾波器通常用于確保沒有信號能量高于有效奈奎斯特頻率。

圖 1. 輸入帶寬和采樣頻率。

在示波器中，最大額定采樣率 fs 應當比實時帶寬高 2.5 至 3 倍。這使得波形重建濾波器能夠以很好的分辨率精確再現(xiàn)高速信號的波形。

在數(shù)字化儀中，您可以考慮選擇超過采樣率(fn)一半的帶寬。有時可以通過欠采樣(undersampling)和特殊輸入濾波來捕獲大于  Fs/2  的頻率。例如，是德科技的 M9203A 和 M9703B 數(shù)字化儀支持 2 GHz 帶寬，ADC 采樣時鐘速率為 1.6   GS/s，允許使用欠采樣直接進行下變頻。

在更高分辨率的數(shù)字化儀中，應當考慮到帶寬增加時隨之上升的總體噪聲。電路上增加的額外信號調(diào)理可能會影響  SFDR。這也是為什么數(shù)字化儀通常通過有限的滿標度范圍(SFR)功能來保持交流或直流耦合，以確保獲得最低失真和最大動態(tài)范圍(以及最好的 SFDR)。

示波器可以提供多種 FSR 和交流/直流耦合選擇。45 dB 的 SFDR 足以同時呈現(xiàn)大信號和小信號。帶寬越大，影響就越小，因為在 8  位分辨率下看不到增加的噪聲。