對示波器有過了解的朋友們，應該都聽說過ENOB這個示波器的重要指標。ENOB是英文The Effective Number of Bits的縮寫，翻譯為有效比特數，它是量化模數轉換質量的指標，較高的ENOB意味著在模數轉換中記錄的電壓電平更精確。

那我們來看一下ENOB是如何影響模數轉換質量的。衡量ADC的指標是Bit位數，這里以K來表示。就是用2的K次方個等級來對信號電壓進行量化和處理；假設K是10，那么意味著該ADC的量化電平為2的10次方，也就是1024個量化等級；對于同樣峰峰值大小比如1V的信號，量化等級越高，垂直分辨率越高，那么電平誤差自然也就越小。

以上是理論上理想ADC的ENOB=K，K是整數值，那么ENOB也是整數值。但是如果仔細去查看示波器（以R&S MXO5系列示波器為例) 的指標手冊時會發現，ENOB的實際測量值卻很少是整數，一般都小于理想ADC的有效位，即ENOB

為什么會出現這樣的情況呢?

其實這里的ENOB值才是示波器實際能達到的ENOB值，由于ADC模塊只是示波器的一個組成部分，但是示波器作為一個很多射頻模塊組成的系統則會受很多因素的影響，導致ADC的性能并不能完全發揮出來，這樣一想確實有些道理。

但是究竟是哪些因素導致示波器的真實ENOB跟理想值不一樣呢？這是值得好好探究的問題。

1ADC在量化過程中會引入量化噪聲。

理想的ADC原理框圖如下所示：

理想的ADC應該是完全線性的，只對輸入的有用信號(Signal)進行量化。然而根據信號處理的原理，量化過程會不可避免的引入量化噪聲(Noise)，所以SNR(Signal to noise ratio)是ADC的主要性能指標之一。

而我們知道，理想的ADC現實中是不存在的，除了量化噪聲，ADC還對輸入信號額外增加了失真(Distortion)，典型的失真包括噪聲、非線性輸入特性以及增益和偏移誤差等。

所以非理想的ADC原理框圖就變成了如下所示：

其中噪聲會直接降低ADC信噪比SNR，而非線性則引入了失真和諧波，進一步降低了潛在的信噪比SNR，例如12Bit ADC的ENOB實際往往只能達到10.5。且ENOB與頻率相關，一般來說，頻率越高導致的電路非線性越明顯，ENOB實際值也越低。

2示波器ADC之前的有源器件也會引入失真和噪聲。

首先，VGA(可變增益放大器)用于調節示波器的輸入信號大小，優化ADC動態范圍；

其次，中間的模擬濾波器是低通抗混疊濾波器；

前兩者都會對輸入信號引入失真。而且因為VGA模塊里含有有源器件，在保證頻率相關性的同時也引入了非線性；而模擬濾波器的頻響經常也不太理想。這些因素都對示波器的前端設計最大限度的減少失真和噪聲提出了挑戰。

所以綜上來看，衡量示波器的ENOB應該是整個示波器作為系統的SINAD相關的性能參數，也就是說ENOB 是可以通過測量SINAD來推算的。而測量ADC的ENOB的方法也在IEEE 1241-2010標準里進行了定義：

ENOB = 0.5log2(SINAD)+ 0.5log2(1.5) – log2(A/V)

其中SINAD=10*Log10(Ps/PN&D) 即信號與噪聲加失真的功率比值，單位是dB;

A/V是信號的峰均比 (Crest factor) 。

實際應用當中，公式常簡化為:

公式看起來似乎比較簡單，那么是不是用示波器測量一個純凈的CW波去得到公式里面所需的參數，比如噪聲和諧波的值就能推算出ENOB呢?實際上當我們嘗試用示波器去測量ENOB的時候就會發現面臨著諸多挑戰。

第一，即使是最高質量的信號發生器，也很難產生完全沒有失真的純凈正弦波；

如果要精確測量示波器的ENOB，就需要信號源的ENOB優于示波器的ENOB，否則示波器測的就是信號源的質量而非示波器的ENOB；所以信號源的選擇很重要。

下面是R&S同一個示波器測量兩個不同型號的信號源10MHz CW波的測量結果比較，發現明顯第二個信號源的諧波要好很多。

第二，測量示波器的ENOB是輸入波CW的函數，前面提到它跟頻率相關，所以它實際應該是一條掃頻曲線，而不是一個單一的數據，也就是說輸入 10MHz和1GHz的CW波，測量出的示波器的ENOB值是不一樣的。

下面是測量繪制的某示波器對不同頻率CW波的ENOB示例：

第三，示波器ENOB測量值取決于一系列的示波器設置，設置發生變化，產生的結果也會不同：

信號路徑的選擇：50Ohm還是1MOhm；

垂直靈敏度的設置：1mV/div還是10mV/div還是其他；

帶寬選擇：帶寬越大，噪聲也越大，同時也增加了諧波和失真的潛在風險；

另外還有是否滿量程設置、是否開啟了濾波器等等。

由上面的介紹可知，ENOB對于示波器來說是一個N維的測量值。它是一系列的曲線圖，每條曲線包含一組固定示波器設置下的掃頻頻率。所以如果是希望用一個簡單的ENOB值做參考來比較示波器之間的性能，顯然圖表并不是比較友好的方式。盡管示波器廠家大多是以規格書的一些ENOB特定數值點做簡化，但是不同廠家需要使用相同的數值點和設置，這些值才有比較的意義，但是現實情況往往并非如此，這也就增加了比較的難度。

綜上所述，示波器的ENOB并不能簡單的以ADC 的ENOB值來代替，也不是有限的一些特定數值點就可以概括所有的實際ENOB值，這是我們在日常談論示波器性能時，需要特別留意的一點。

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