Современная электроника №5/2026

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 27 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2026 Таблица 1. Сопоставление идеального и реального АЦП Параметр Идеальный АЦП Реальный АЦП Реальная разрядность N ENOB < N Характеристика преобразования Линейная Нелинейная Напряжение смещения, В Нулевое Может быть ненулевым Шаг квантования Постоянный Имеет случайные отклонения Погрешность опрокидывания Нулевая Может быть ненулевой Шум квантования Отсутствует Имеется лу, т.е. охватывает не только процесс взятия выборок, но и всю последую­ щую обработку. Поэтому целесообраз­ но рассмотреть его сущность и мето­ ды экспериментального определения для осциллографов. ENOB как характеристика аналого-цифрового преобразования В основе функционирования циф­ ровых осциллографов лежит АЦПр, обеспечивающее квантование сиг­ налов по амплитуде и по времени с их переводом в двоичный код с раз­ рядностью N. Идеальный АЦП обладает идеаль­ ной линейной характеристикой пре­ образования (ХП), эквидистантными напряжениями межкодового пере­ хода, отсутствием смещения нуля. У такого АЦП нет дифференциаль­ ной нелинейности, проявляющей­ ся в отклонении шагов квантования от младшего значащего разряда. Так­ же у него отсутствует погрешность опрокидывания, что означает равен­ ство выходных кодов при подаче на вход АЦП противоположных по зна­ ку напряжений с точностью до раз­ ряда, определяющего его полярность [1]. Реальные АЦП не обладают таки­ ми свойствами, в результате чего в составе выходного кода появляют­ ся шумовые составляющие и иска­ жения. Для их обобщённого кратко­ го обозначения часто используется понятие «шума квантования», что не вполне корректно, поскольку нели­ нейность ХП может приводить к появ­ лению в выходном сигнале АЦП гармо­ ник входного сигнала, которые ввиду переноса ими информации не могут быть классифицированы как шум [4]. Если на вход идеального АЦП посту­ пает синусоидальный сигнал с разма­ хом, охватывающим всю шкалу оциф­ ровки, то отношение сигнал/шум составит SNR = 1,5∙2 2N . (1) Перевод этого выражения в шкалу относительных значений даёт SNR дБ  = = 1,76 + 6,02 N , откуда следует, что N  = = ( SNR дБ  – 1,76)/6,02. Последнее уравне­ ние справедливо как для идеальных, так и для неидеальных АЦП. Оно пока­ зывает, как из отношения сигнал/шум может быть получено число битов на основе анализа выходного кода, и слу­ жит основой для вычисления пара­ метра ENOB . Для идеальных АЦП ENOB  = N , для реальных же преобра­ зователей значение ENOB < N , и оно может быть дробным числом. Следо­ вательно, параметр ENOB является мерой реального динамического диа­ пазона АЦП и его разрешающей спо­ собности. Наиболее значимыми искажения­ ми для реальных АЦП являются шум, нелинейная ХП, а также погрешности усиления и смещения. Модель такого АЦП можно представить в виде трёх блоков (рис. 2). Первый из них – нели­ нейный блок с передаточной харак­ теристикой, определяющий откло­ нение реальной ХП от идеальной линии. Он служит для учёта смеще­ ния нуля, дифференциальной нели­ нейности, погрешности опрокиды­ вания. Нелинейность ХП приводит к появлению гармоник, которые также понижают SNR и ENOB . Вторым бло­ ком является источник аддитивного шума, который моделирует все про­ чие случайные явления, в частности, флуктуационные изменения младших разрядов АЦП в силу случайных фак­ торов, включая артефакты посторон­ них сигналов, циркулирующих в АЦП. Шум также ухудшает отношение SNR. Третьим же блоком является идеаль­ ный АЦП. В зависимости от конструкции АЦП значение ENOB может зависеть от частоты входного сигнала f . С повы­ шением частоты обычно более про­ является нелинейность и частотная избирательность АЦП даже в преде­ лах рабочего частотного диапазона, Рис. 2. Модель реального (неидеального) АЦП Рис. 3. Модель входного каскада осциллографа Рис. 4. Схема измерений ENOB в соответствии со стандартом [6] Входной сигнал Нелинейный блок Идеальный АЦП + Выходной сигнал Сигнал с нелинейными искажениями и шумом Сигнал с нелинейными искажениями Аддитивный шум Вспомогатель­ ные цепи Масштабирую­ щий усилитель Фильтр нижних частот Неидеальный АЦП Входной сигнал Цифровой поток Персональный компьютер (управление, обработка, документирование) Исследуемый осциллограф Перестраиваемый фильтр нижних частот Генератор синусоидальных сигналов Ethernet/USB Опорный сигнал