Amplituden-Auflösung (SNR) von Oszilloskop

[Paule (Gast)]

Hallo liebe DSPler,
Rhode und Schwarz geben bei ihren RTO-Oszis folgendes an

"Effektive Anzahl Bits (ENOB) des A/D-Umsetzers

fullscale Sinus, Frequenz < -3 dB Bandbreite

> 7 bit (meas)"

einen Wert wie den SNR geben sie nicht an, Tektronix gibt auch keinen 
Wert zB. in dB für die Dynamik an.

Wie ist die Angabe von RuS zu interpretieren: > 7 bit (meas)

Die haben auch nur einen, wenn auch speziellen, 8 Bit Wandler eingebaut.

Abgesehen von der Info, dass die Amplituden-Genauigkeit bei einem Oszi 
offenbar nur wenig von Interesse ist sondern mehr die kleinstmögliche 
Abtastrate um möglichst alles zu "sehen", wüsste ich gerne ob einer von 
euch mehr dazu sagen kann.

Die Frage tauchte auf, weil ich mit der FFT-Funktion bei einem offenen 
Kanal ein Rausch-Spektrum von ca. -80 dB angezeigt bekomme, was ja mit 
einem 8 Bit-Wandler nicht möglich sein kann, oder doch?
Viele Grüße

[Johannes E. (cpt_nemo)]

Paule schrieb:
> einen Wert wie den SNR geben sie nicht an

Es gibt eine Formel, um die ENOB in SINAD umzurechnen:
ENOB = (SINAD-1.76)/6.02

SINAD ist das Verhältnis Signal / (Rauschen + Oberwellen)

Link dazu:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/08/12/sinad-enob-and-the-rest-of-the-family.aspx

Paule schrieb:
> Die Frage tauchte auf, weil ich mit der FFT-Funktion bei einem offenen
> Kanal ein Rausch-Spektrum von ca. -80 dB angezeigt bekomme, was ja mit
> einem 8 Bit-Wandler nicht möglich sein kann, oder doch?

Die -80 dB ist der Noise-Floor, vermutlich in der Einheit dBm? Oder 
waren das 80 dB unterhalb des Messbereichs?

Das SNR bewertet das Rauschen im kompletten Frequenzspektrum, während 
die einzelnen Punkte bei der FFT immer nur ein schmales Frequenzband 
darstellen.

Dadurch kann der Noise-Floor bei sehr unterschiedlichen Werte liegen, je 
nachdem wie die Abtastrate, die Messzeit und der Messbereich eingestellt 
sind. Auch die verwendete Fensterfunktion wirkt sich aus.

Es ist also schon möglich, dass der Noise-Floor 80 dB unterhalb des 
Messbereichs liegt, auch wenn das SNR nur 40 oder 50 dB beträgt.

[Freidhof (Gast)]

Hallo,

die Messgenauigkeit eines Oszilloskops hängt von der eingestellten 
vertikalen Ablenkung (z. B. 100 mV/DIV ab. Hierzu gibt es im RTO 
Datenblatt eine Tabelle mit den Rauschwerten bei verschiedenen 
Ablenkungen.

Bezogen auf die Vollaussteuerung des ADC ist das SNR des Oszilloskops 
bei z. B. 1 mV/DIV schlechter als bei 100 mV/DIV, da vor dem ADC stark 
verstärkt werden muss und das Rauschen der Verstärker dominant ist.

Kurz gesagt, die Dynamik hängt im wesentlichen von der gewählten 
vertikalen Ablenkung ab.

Warum können beim RTO im Frequenzbereich trotz 8-Bit-ADC Signale 
gemessen werden, deren Amplitude deutlich kleiner als die Stufenhöhe 
eines LSBs des ADCs ist?

Das Rauschen der Verstärker vor und in dem ADC führt zu einem Dithering 
der Quantisierung des ADC, d. h. das Rauschen nach dem ADC hat ein 
weißes Leistungsdichtespektrum. Bei der FFT wird jeder FFT Bin mit der 
Fensterfunktion gefiltert. Da die Bandbreite dieses Filters teilweise 
deutlich kleiner als die Bandbreite des Oszilloskops ist, kommt nur ein 
kleiner Teil des weißen Rauschens am Ausgang des FFT Bins heraus und 
somit ist das SNR in einem Bin deutlich größer. Beim RTO wird die 
Bandbreite dieser Fensterfunktion als Resolution Bandwidth (analoger 
Begriff aus der Spektrumanalyse, meine alte "Heimat") angezeigt bzw. 
eingestellt. Theoretisch kann mit immer kleinerer Bandbreite die Dynamik 
immer mehr erhöht werden. Praktisch sind dem aber Grenzen gesetzt, da 
das Rauschen doch nicht perfekt weiss ist.

Ich hoffe, es hilft ein wenig weiter

Markus Freidhof (R&S Oszilloskop-Entwicklung)

[Paule (Gast)]

ok, vielen Dank für die einfache und gute Erklärung der großen 
Zusammenhänge!
Viele Grüße