adc解析度和精度的區別 示波器的垂直解析度的意義

2021-10-17 07:37:06 字數 2061 閱讀 8211

垂直解析度概念

用數字示波器測量模擬訊號第一步就是用adc(模數轉換器)把探棒接收到的模擬訊號轉換成數碼訊號,adc數模轉換晶元的解析度直接決定了示波器垂直方向上的取樣精度。比如adc是8位,那麼垂直方向上的訊號可以被切分成00000000~11111111一共2的8次方,256段。模數轉換器的垂直解析度,就是數字示波器的垂直解析度,代表示波器將輸入電壓轉換為數字值的精確程度。

數字示波器所顯示的垂直分別率由什麼決定

優先順序從高到低

1.前端adc的解析度

2.顯示屏解析度:它決定了經過處理的訊號,有多少可以被顯示出來。比如adc雖然可以在垂直方向上顯示256段,但是可能顯示屏的解析度垂直只有240個畫素點,那麼有一部分點會被合併成1個畫素顯示。

3.插值演算法:實際的示波器,上面顯示的畫素點不一定都是實際取樣生成的,一部分是通過插值演算法計算出來的虛擬的點,好的插值演算法會使插值的點與實際的點差異比較小。

垂直精度

當我們用同乙個示波器在不同垂直檔位下測量同一訊號時,得到的測量結果往往是不一樣的。

比如我們測量乙個2v的方波訊號,在垂直檔位為2v時,測出幅值可能為1.960v。

在垂直檔位為500mv時,測出幅值為1.980v。

為什麼會這樣?因為它涉及到垂直解析度的問題,假設當垂直檔位為500mv/div時,示波器垂直方向有10格,則其垂直解析度由adc的解析度決定,即為(500mv*10)/256=19.531mv,也就是adc不能分辨小於19.531mv的電壓訊號。測量同乙個訊號,在垂直檔位為2v/div的情況下,adc能分辨的訊號為(2000mv*10)/256=78.125mv,小於該電壓值的訊號是不能測量的,即數字測量儀器都是存在採集的量化誤差的,adc的位數越高,量化誤差就會越小,但是它只能無限減小,並不能消除。

所以當我們在對波形進行測量時,盡量使波形佔滿示波器螢幕,目的就是為了提高垂直精度,使測量結果更準確。

通過改變演算法來提高解析度

數字示波器中adc的位數越高,垂直解析度越高,該解析度由硬體決定,一旦確定無法改變。但示波器整個系統的有效位數形成的解析度與前者不同,我們可以通過軟體提高解析度。

目前大部分的示波器對adc取樣後提高解析度最常用的方法就是採用「平均」的做法。

在平均取樣方式中,可先設定乙個平均次數n,之後示波器會對採集的n段波形,將它們按照觸發位置對齊,對n段波形進行平均運算,最終得到一段平均後的波形。

這種取樣方式降低隨機雜訊的同時並沒有損失頻寬,示波器系統的解析度就會提高,但是平均模式會經過較長的時間來響應變化的波形,以犧牲示波器的速度來換取較高的解析度,而且由於其處理方式的特殊性,決定了它適用的波形訊號只能是週期訊號。

總結

示波器顯示屏垂直方向上的解析度本身就有限,另外測量高頻訊號時,幅度本身就不準確,在上限頻率處甚至有30%的誤差,而且垂直解析度過高會提高模數轉換時間,影響取樣率,進而影響頻寬,得不償失。一般示波器的垂直解析度是8位,高解析度的示波器達12位,如果示波器模擬電路本身的精度沒有提高,單純追求adc的解析度是沒有意義的。如果追求電壓的準確度,應該使用萬用表,示波器更主要的功能是觀測波形的形狀,測量準確度一般在2%以內,這種準確度應對絕大多數應用是完全游刃有餘的。

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