示波器的ADC對垂直分辨率有何影響?
ADC(模擬數字轉換器)是決定示波器垂直分辨率的核心部件,其性能直接影響信號細節的捕捉能力。
一、核心影響:量化級與細節呈現
垂直分辨率指示波器能分辨的最小信號變化,由 ADC 的量化級決定。量化級數量為2n)(\(n\)為 ADC 位數):
8 位 ADC 有 256 個量化級,12 位 ADC 則有 4096 個量化級。
量化級越多,每個步進的電壓(或電流)間隔越小。例如,垂直量程為 800mV 時,8 位 ADC 的最小步進為 3.125mV,12 位則為 0.195mV,能捕捉更細微的信號波動(如 10MHz 時鐘信號的頂部細節,12 位 ADC 的顯示更平滑)。
二、實際應用中的限制與優化
噪聲與有效位數:
高信噪比(SNR)是發揮高位數優勢的前提。若噪聲過大,低位 ADC 的有效分辨率會被噪聲掩蓋。例如,12 位 ADC 可能因前端噪聲實際僅發揮 10 位性能。
量程設置的影響:
ADC 的量化級分布于示波器全量程內,信號占滿屏比例越高,分辨率利用越充分。若信號僅占屏的 1/4,8 位 ADC 實際等效 6 位;滿屏顯示時,8 位分辨率可完全發揮。
硬件與軟件放大的差異:
超出硬件支持的最小量程(如傳統示波器 10mV / 格以下)時,示波器會啟用軟件放大,僅放大顯示而非提升真實分辨率。例如:
傳統 8 位示波器在 7mV / 格以下依賴軟件放大,最小分辨率 218μV;
10 位示波器硬件支持 2mV / 格,滿帶寬下分辨率達 15.6μV,為前者的 1/14。
綜上,ADC 位數決定垂直分辨率上限,而量程設置、噪聲水平及硬件性能決定其實際表現。高位數 ADC 配合合理量程與低噪聲設計,才能真正提升小信號細節的捕捉能力。
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