為增大儀器可測量的範圍（動態範圍）
，juedaduoshuceliangyiqidouhuishezhiduogeliangcheng
，yimanzubutongqingkuangxiaceliangbutongdaxiaoxinhaodexuqiu。dangshiyongdaliangchengceshixiaoxinhaoshihuiyoushenmejieguone
？henduorenhuidahuizaochengwuchazengda
，danwangwangshuobushanglaiyuanyin，jintianwomenjianghuidaidajiashenrutaolunyixiazheyangshiyongdailaideyingxiangheyuanyin。

 

xuduorenrenweidaliangchengkeceliangdefanweihenda，daxiaoxinhaodoukeyijiangu
，yincizaihenduoqingkuangxiadouyouxianxuanzejiaodadeliangchengjinxingceliang
，huozhebuzhuyixuanze，zhijiemorenshezhi
，rucishiyongshi

，yiqiceliangdezhiyirannengzhengchangxianshi，kanqilaishuzhiyesihuhaisuanzhunque。nadaodizheyangshiyongyoushenmewentine，xiamianyiyitaigonglvfenxiyilaijuli。

 

 

圖1 所示是致遠電子PA8000和PA5000功率分析儀5A功率板卡的測量精度
，我們以此為例。在給出的精度值中，儀器的精度指標標示為“%讀數+%量程”
，絕大多數測量設備亦是這樣標注的，以45-66Hz的頻率段來說，PA8000精度為“0.01%+0.03%”，PA5000精度為0.10%+0.05%
，這意味著使用1000V量程測量800V的信號時，最壞情況下PA8000誤差為0.01%*800V+0.03%*1000V=0.38V，PA5000為1.3V
，對於800V的信號這樣的誤差微乎其微。但是如果使用1000V量程測量10V信號
，PA8000最大誤差為0.301V，而PA5000將達到0.51V
，這樣的誤差相對於10V信(xin)號(hao)來(lai)說(shuo)已(yi)比(bi)較(jiao)大(da)。對(dui)於(yu)使(shi)用(yong)者(zhe)來(lai)說(shuo)考(kao)慮(lv)的(de)是(shi)測(ce)量(liang)值(zhi)與(yu)實(shi)際(ji)值(zhi)之(zhi)間(jian)的(de)誤(wu)差(cha)
，但(dan)是(shi)對(dui)於(yu)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)來(lai)說(shuo)大(da)量(liang)程(cheng)時(shi)的(de)固(gu)有(you)誤(wu)差(cha)將(jiang)會(hui)使(shi)其(qi)測(ce)量(liang)小(xiao)信(xin)號(hao)時(shi)的(de)誤(wu)差(cha)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)
，可(ke)能(neng)會(hui)帶(dai)來(lai)使(shi)用(yong)者(zhe)不(bu)希(xi)望(wang)看(kan)到(dao)的(de)結(jie)果(guo)。

圖 1 致遠PA8000/PA5000功率分析儀5A功率板卡精度表

 

 

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
，則由於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於1LSB時，多次采樣取平均值後可以提高測量係統的有效位數
，但這樣的因素不在我們考慮的範圍之內。

 

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製作工藝和架構的限製之下
，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

 

 

另一個不可忽視的問題是模擬電路本身所帶來的噪聲、失調和增益誤差的影響，如圖 3所示簡化的電壓測量電路，第一張圖為1000V量程的測量通路，最高輸入電壓1000V時通過衰減電路會輸出1V電壓，放大電路不放大，跟隨電壓後送入ADC進行采樣。如果輸入10V時衰減電路隻能輸出0.01V的電壓，首先如此小的信號疊加噪聲後會對信號本身產生很大影響，其次由於放大電路（運放）的失調和增益誤差的影響，哪怕隻產生0.1mV的失調和增益誤差都會對0.01V的(de)有(you)效(xiao)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)。在(zai)儀(yi)器(qi)的(de)出(chu)廠(chang)前(qian)會(hui)對(dui)這(zhe)些(xie)誤(wu)差(cha)進(jin)行(xing)校(xiao)準(zhun)以(yi)消(xiao)除(chu)固(gu)有(you)的(de)偏(pian)差(cha)，不(bu)過(guo)因(yin)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)溫(wen)度(du)和(he)老(lao)化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)這(zhe)些(xie)值(zhi)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，在(zai)標(biao)示(shi)儀(yi)器(qi)的(de)精(jing)度(du)指(zhi)標(biao)時(shi)會(hui)留(liu)有(you)一(yi)定(ding)的(de)餘(yu)量(liang)以(yi)確(que)保(bao)儀(yi)器(qi)處(chu)在(zai)可(ke)保(bao)證(zheng)的(de)精(jing)度(du)內(nei)，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)用(yong)大(da)量(liang)程(cheng)去(qu)測(ce)量(liang)小(xiao)信(xin)號(hao)時(shi)溫(wen)度(du)和(he)老(lao)化(hua)產(chan)生(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)將(jiang)無(wu)法(fa)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。

 

在測量較小信號時應使用圖 3 第二張所示的電路，首先衰減電路進行較小倍數的衰減，10V輸入時衰減電路輸出0.1V
，然後放大電路將有效信號放大10倍到1V送入ADC取樣。這樣的處理方式將會顯著減少噪聲、失調和增益誤差的影響
，在包含小量程的測量設備中通常會采用這樣的方式或等效的方式進行處理。