3. díl - Efektivní počet bitů u osciloskopu

Při pročítání informací uvedených v manuálech o osciloskopech, se můžeme setkat s tím, že vertikální hodnota rozlišení osciloskopu není v manuálu uvedena jako celé číslo v bitech.

Seriál - Rady a tipy při výběru osciloskopu

Autor Bohumil Vítovec

Při pročítání informací uvedených v manuálech o osciloskopech, se můžeme setkat s tím, že vertikální hodnota rozlišení osciloskopu není v manuálu uvedena jako celé číslo v bitech. Nejedná se o reálnou fyzickou hodnotu rozlišení AD převodníku, ale o takzvaný ENOB (efektivní počet bitů). Na co si dát při výběru nového osciloskopu v souvislosti s ENOB pozor, se dozvíte v tomto článku.

Podívejme se na definici ENOB:

ENOB je měřítko dynamického rozsahu analogově digitálního převodníku (ADC) a jeho souvisejících obvodů. Rozlišení ADC je určeno počtem bitů používaných k reprezentování analogové hodnoty, přičemž v zásadě poskytují úrovně signálu 2^N pro N-bitový signál. Nicméně, všechny skutečné obvody ADC zavádějí šum a zkreslení. ENOB specifikuje rozlišení ideálního obvodu ADC, které by mělo stejné rozlišení jako uvažovaný obvod.[1]

Při pročítání manuálu v souvislosti s ENOB vám doporučujeme, položit si následující otázky:

• Hovoří uvedená hodnota ENOB v manuálu osciloskopu o soustavě zesilovač – převodník?

• Měl autor manuálu na mysli ENOB celého systému a výsledných dat viz. obrázek 1?

• Víme, za jakých podmínek se ENOB měřil?

Obrázek 1:

Vysvětluje grafický význam ENOB při měření průběhu signálu. Je zřejmé, že čím vyšší ENOB, tím lépe se odliší užitečný signál od šumu. Dost podstatné je také, zda je ENOB měřený při sínusovém či obdélníkovém průběhu signálu a při jaké frekvenci.[5]

Při bližším pohledu na ENOB, začíná být zřejmé jak se může uvažování o efektivní hodnotě zkomplikovat. Nesmíme zapomenout, že hodnota ENOB je hodnota značně závislá na frekvenci signálu. V předešlých dílech našeho technického seriálu jsme se věnovali různým metodám jak ENOB navýšit a za jakou cenu, včetně ukázání praktického příkladu ENOB na osciloskopech od Teledyne LeCroy [12b ADC, 15ENOB] a Rohde&Schwarz [8b ADC, 16ENOB].

Tato tématika je velmi rozsáhlá, proto pro vás všechny, kteří byste do tohoto tématu chtěli proniknout hlouběji, uvádíme odkazy na odbornou literaturu, ve které najdete komplexní informace o ENOB, včetně všech parametrů [2][3][4][5]. V doporučených materiálech najdete také vysvětlující teorii, v čem je parametr ENOB užitečný. Například jakmile použijete dolnofrekvenční filtry, máte větší odstup signál-šum (SNR) a tím i větší ENOB. Ale pozor! Pokud je ENOB větší nebo roven počtu bitů AD převodníku přístroje, je dobré si uvědomit jak je této hodnoty dosaženo a při jakých podmínkách nastavení přístroje. Vždy se totiž jedná o matematickou či statistickou úpravu signálu, která může degradovat naměřená data.

Pokud zvažujete koupi nového osciloskopu, určitě doporučujeme uvedené hodnoty parametru ENOB chápat v důležitých vzájemných souvislostech. Pokud není definováno, při jakých podmínkách byla hodnota ENOB změřena a k čemu je vztažena, nemá tento údaj vypovídající hodnotu.

Zdroje:

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Effective_number_of_bits [cit. 13.9.2018]

[2]Computation of Effective Number of Bits, Signal to Noise Ratio, &

Signal to Noise & Distortion Ratio Using FFT

[cit. 13.9.2018]

https://cdn.teledynelecroy.com/files/appnotes/computation_of_effective_no_bits.pdf

[3]DesignCon 2017

UnderstandingVerticalResolution inOscilloscopes

[cit. 13.9.2018] https://cdn.teledynelecroy.com/files/whitepapers/designcon-2017-understanding-vertical-resolution.pdf

[4]Kester, Walt (2009), Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N, and SFDR so You Don't Get Lost in the Noise Floor

[cit. 13.9.2018]

[5] Understanding Frequency Performance Specifications

https://www.ni.com/white-paper/3359/en/#toc7

[cit. 13.9.2018]

V tomto seriálu si neklademe za cíl hodnotit, která značka je nebo není nejlepší. Chceme pouze čtenáře upozornit na častá omezení a úskalí, která nemusí být na první pohled při výběru osciloskopu pro vaší práci zřejmá. Chceme vám poskytnout určitý nadhled při výběru nového osciloskopu. Informace, které v seriálu uvádíme, vychází z našich dlouholetých zkušeností s osciloskopy a především s přístroji Teledyne LeCroy, z veřejně dostupných informací a technické dokumentace ostatních výrobců. Abychom se nezabývali touto problematikou jen v teoretické rovině, zaměříme se na technické parametry přístrojů a různé způsoby měření.

Obsah tohoto seriálu můžete také ovlivnit! Uvítáme vaše komentáře, návrhy témat, vaše zkušenosti, které můžete zasílat na email bohumil.vitovec@blue-panther.cz.

Stejně tak se můžete ozvat, pokud potřebujete radu na míru!

Další díl / Všechny díly