高精度示波器揭密微小訊號　ADC位元數/本底雜訊為關鍵

在工程領域，精確度至關重要。無論是確保頂尖電子設備的品質，還是為複雜系統進行除錯，量測的準確度可能將決定一個專案的成敗。其中，示波器的垂直精確度代表電壓讀數與被測訊號實際電壓的匹配程度，其精確度取決於類比數位轉換器(ADC)的位元數和示波器的本底雜訊。本文將說明兩項因素如何影響示波器的垂直精確度，並解釋高精度量測的重要性。

ADC位元數的作用

示波器的橫軸表示時間基準(每格秒數或s/div)，縱軸代表電壓(每格伏特或V/div)。垂直精確度關乎示波器顯示訊號電壓的精確度，這對於直觀顯示和精確測量至關重要。示波器螢幕上的電壓讀數越接近實際訊號電壓，垂直精確度就越高。

為了達到最佳讀數，工程師需要擁有最高ADC位元數和最低本底雜訊的示波器。較高的ADC位元數可提供更高的垂直解析度，進而實現更精確的訊號可視化；較低的本底雜訊則可將示波器對訊號的影響降至最低。這種組合可確保示波器最精確地顯示訊號，將可能影響測量的失真或雜訊降至最低。

ADC位元數和訊號精度的關係密切。8位元ADC的示波器可以將類比輸入編碼為256個獨特的轉換電平(2⁸=256)。每增加一位元，轉換電平就增加一倍。因此，9位元可提供512個電平(2⁹=512)，10位元可提供1,024個電平(2¹⁰=1,024)，依此類推。

配備14位元ADC的示波器可將類比輸入編碼為16,384個電平(2¹⁴=16,384)，是普通12位元ADC示波器平均解析度的4倍，是8位元ADC解析度的64倍。更高的解析度可讓示波器捕捉到更精細的訊號細節，進而提供更準確的資料。

以下說明將其應用於垂直設置為每格100mV、具有8格垂直刻度的示波器結果。示波器的全螢幕等於800mV(100mV/div*8格)。使用8位元ADC時，全螢幕(800mV)被分為256個電平，因此每電平的解析度為3.125mV。相比之下，14位元ADC將同樣的800mV分為16,384個電平，可實現每電平48.8μV的解析度。解析度的顯著提高使工程師能夠檢測和測量訊號中更小的變化，如圖1所示。

低本底雜訊的重要性

雖然高ADC位元數對垂直精確度至關重要，但這並不是唯一的因素。示波器的本底雜訊也起著至關重要的作用。本底雜訊指的是示波器本身產生的固有雜訊，可能干擾正在測量的訊號，導致讀數不準確。

包括示波器在內的所有電子設備都會產生一定程度的雜訊，較低的本底雜訊意味著示波器對訊號的影響較小，可使測量更加精確。此外，由於工程師無法看到小於示波器雜訊的訊號細節，在測量非常小的電壓時，即使是很小的雜訊也會使讀數嚴重失真，因此低本底雜訊尤其重要。

舉例而言，圖2為一台在測量53mV訊號的示波器。在2mV/div下，該示波器的本底雜訊小於50mV_RMS。因為本底雜訊足夠低，使用此款示波器可捕捉到53mV的極小訊號，其本底雜訊常超過100mV_RMS的示波器將會丟失該訊號。

兼具高ADC位元數和低本底雜訊

高ADC位元數與低本底雜訊將實現更高的垂直精確度。這確保了示波器能夠準確地顯示訊號，使工程師得以進行精確測量，避免因錯誤付出高昂代價。

例如，一台在2mV/div和1GHz頻寬設定下，具有14位元ADC、低於50µV_RM的本底雜訊與50Ohm輸入的示波器，將提供卓越的垂直精確度，使工程師能夠檢測到訊號中的微小變化。這種差異將影響工程師洞察、理解、除錯和鑒定設計的能力。此外，示波器不準確將造成增加開發週期、產品品質和所選元件的風險。工程師需要仰賴工具和技術以取得最佳的洞察和準確性。

(本文作者為是德科技產品行銷經理)