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Hochauflösende Digitalisierung mit dem 3458A
Fehlende Codes zeigen sich nur bei hohen Frequenzen. Die häufigste Ursache für
fehlende Codes ist dielektrische Absorption (DA), die Polarisierung von Dipolen im
Isolationsmaterial, das den Leiter umgibt. Dieses Problem lässt sich durch
sorgfältiges Design eliminieren, doch kann DA dazu führen, dass sich eine
Messung an vorhergehende Messungen "erinnert" ("Memory"-Effekt). Wenn man
dem A/D-Wandler genügend Zeit zum Einschwingen lässt, ist der durch fehlende
Codes hervorgerufene Fehler kleiner als der Quantisierungsfehler.
Fehlende Codes und Quantisierungsfehler ergeben zusammen die A/
D-Wandler-Nichtlinearität. Es ist zwischen zwei Arten von Nichtlinearität zu
unterscheiden: differentielle und integrale Nichtlinearität. Die differentielle
Nichtlinearität gibt an, um wieviel eine Stufe im ungünstigsten Fall größer oder
kleiner als 1 LSB ist. Die integrale Nichtlinearität ist die maximale Abweichung der
Linearitätskurve von einer nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate
berechneten Regressionsgeraden. Ganz allgemein kann die differentielle
Nichtlinearität einen signifikanten Messfehler hervorrufen, wenn ein (im Vergleich
zur A/D-Wandler-Vollaussteuerung) schwaches Signal zufällig in den fehlerhaften
Bereich der A/D-Wandler-Kennlinie fällt. Die integrale Nichtlinearität wirkt sich
dagegen hauptsächlich bei Vollaussteuerung des A/D-Wandlers aus.
Beachten Sie, dass die A/D-Wandler-Kennlinie in hohem Maße von der Slew-
Rate (Anstiegsgeschwindigkeit dV/dt) des Eingangssignals abhängig ist. Es ist
durchaus möglich, dass die Kennlinie für ein statisches (DC-) Eingangssignal
nahezu ideal aussieht, aber unter dynamischen Betriebsbedingungen zahlreiche
Fehler aufweist (siehe
Ein weiteres Phänomen, dem man bei Messungen jedweder Art nicht entrinnen
kann, ist das mit zunehmender Bandbreite ansteigende Rauschen. Die
rauschbedingten Fehler lassen sich jedoch durch Mittelung über mehrere
Messungen reduzieren. Rauschen kann von messgeräteinternen Rauschquellen
ausgehen (Johnson- und anderes Rauschen von Bauteilen), aber auch das
Eingangssignal selbst kann verrauscht sein. Alle Methoden zur
Rauschunterdrückung gehen zu Lasten einer längeren Messzeit. Ein Maß für die
Digitalisierungsgenauigkeit eines A/D-Wandlersystems ist die Anzahl der
"effektiven Bits". Dieser Wert, in den sowohl die Nichtlinearität als auch das
Rauschen eingehen, gibt die tatsächlich nutzbare Auflösung an.
Effektive Bits = N – log 2(eff. Fehler (tatsächlich)/eff. Fehler (ideal))
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Abbildung
E-12).
Keysight 3458A Benutzerhandbuch
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