出現這種情況的原因首先是由測量設備內部的ADC產生的量化誤差引起的,假設測量設備內部包含一個11位的ADC,ADC共有211=2048個有效位,在1000V的量程(峰峰值)下,考慮最大±1000V的輸入共2048個有效位,則由于不可避免的噪聲的影響,ADC每跳動一個最小單位1LSB,產生的量化誤差大約會有2000V/2048≈1V。如果使用該量程測量10.3V這樣的信號,很顯然單次ADC取樣的最小分辨率已無法識別0.3V這樣刻度(在圖 2的量化示意圖中0.3V處在兩個刻度中間),當然無法測得正確的值。如果無規則噪聲的峰值能大于1LSB時,多次采樣取平均值后可以提高測量系統的有效位數,但這樣的因素不在我們考慮的范圍之內。
這樣說來似乎高位數的ADC可顯著降低量化誤差,但遺憾的是高位數和高采樣率是一個矛盾,因為高帶寬會帶來更高的噪聲,同時在現有的ADC制作工藝和架構的限制之下,高采樣率的ADC很難同時做到高有效位數。如我們的PA8000和PA5000希望在5MHz的帶寬下提供2Mbps的采樣率,如此高的帶寬情況下將難以把有效位數提高到18位以上,因此我們的PA8000使用了18位、2Mbps采樣率的ADC來減少量化誤差。
圖 2 量化示意圖
前端模擬電路的噪聲、失調影響