HRO系列之三——高分辨率示波器WaveRunner HRO 6Zi

实时示波器由于采样率高，ADC位数很难提高。在需要高分辨率测量的场合经常由低采样率的数据采集卡来实现。为满足高分辨率的测试需求，美国力科公司研发了新型实时示波器WaveRunner HRO 6Zi，简称HRO (High Resolution Oscilloscope)。其ADC位数到达12bit，同时具备较高的采样率 - 2GS/s。存储深度（记录长度）可以到达每通道256M采样点。HRO示波器高分辨率、高采样率和长存储特性使其在多数测试场合中都能替代数据采集卡。当然，它也具备示波器擅长的测量、分析和调试功能，易用性更好。

ADC位数对垂直分辨率有多大影响？我们来看下图，这是用8bit示波器和12bit示波器分别对同一个信号采集后，对其中部分波形放大显示的结果。

可以看出8bit示波器采集的波形出现台阶状现象，这是因为信号的微小变化和ADC量化误差相当，信号的微小变化淹没在了量化噪声中。可能很多工程师使用示波器时并没有注意到这个现象。好比两台尺寸相同、分辨率不一样的电视机，站在5米外观看可能看不出差别，靠近了观察就能发现低分辨率电视机的像素点更粗、马赛克现象更明显。那么把示波器捕获的信号放大、观察细节，也就有类似的效果。

垂直分辨率还和示波器本身的噪声和失真水平有关。打个比方，一台高分辨率的电视机，如果它内部电路噪声很大，导致屏幕出现很多雪花点。即便是高清片源也会被这些雪花点给模糊了。同样道理，示波器ADC能够分辨的最小电压也可能淹没在示波器的噪声中。如何评估示波器的噪声水平呢？有的示波器厂家喜欢用基底噪声（noise floor）：示波器不输入信号，测量基线的噪声大小。这种指标只能作为参考。因为没有人使用示波器时不输入信号。有无输入信号，示波器内部电路的工作状态可能差别很大。下面两图是某示波器没有输入信号和输入一个高信噪比的5GHz正弦波的对比图，并分别对时域波形做FFT，观察频域。在没有信号输入时，频域噪底比较平坦，而输入正弦波后，除了信号基频和谐波分量以外，出现不少杂散，而且噪底的形状也不再平坦。因此基线噪声不是评估示波器噪声水平的合理指标。

更科学的指标是信号与噪声失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio ，SINAD），以及有效位数（Effective Number Of Bits，ENOB）。SINAD的测量需要输入一定频率一定幅度的高信噪比正弦波给示波器，计算信号功率和噪声失真功率之比。ENOB在数学上可以通过SINAD计算得到。SINAD、ENOB与输入信号频率、幅度的大小以及示波器的工作状态都有关，更详细的说明请参考：
http://cdn.lecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf