四个原因：

• 因为现代仪表具有自动量程功能。
• 因为模拟系统的动态范围不支持 9 ¹ ⁄ ₂位，在 1 V 范围内，本底噪声将在纳伏（由于热噪声，您不能低于纳伏，如果没有显着冷却什么）您的测量、电缆和仪表以降低热噪声温度），所有低于第 9 位的数字都会有噪音。
• ADC 通常具有 5 V 的范围，即使使用 24 位 ADC，每位大约有 60 nV，这限制了最后一位的分辨率。
• 在常用的 6.5 位仪表上，对于普通实验室周围的大多数测量，噪声都在 uV 范围内。最后一位数字在 6.5 位仪表上通常很嘈杂。对于某些应用程序来说，多一位数字可能会很好，多三位数字将是轻浮的。

甚至纳伏表也没有 9 ¹ ⁄ ₂位。

对于大多数测量，6（左右）位数就足够了，因为必须非常小心地将本底噪声降低到 1 μV 以下。

这是一个很酷的规模，也说明了这一点：

资料来源：了解和应用电压基准

使用模拟子系统很难获得大于 140dB 的增益，而且在这一点上，您的分辨率也受到限制。由于所有模拟电子设备固有的噪声，增益无济于事，你增益了信号，你也增益了噪声。

营销部门可以要求更多的数字，但这对工程师没有帮助。

撇开信号处理挑战不谈，让我们来看看一些本底噪声。

一个 62 欧姆的电阻器在 290 开尔文时产生 1 纳伏/rtHz RMS 噪声，忽略各种晶体缺陷贡献者，其中一些与电流电平有关，可能会将该纳伏提升几个数量级。

所以我们有一个 1 纳伏的随机本底噪声，在 1 伏的输入满量程范围内。如果将有效噪声带宽限制为每秒 1 个周期。

这给了我们 9 个十进制数字，或 30 位（或带符号，31 位）。

我们必须有多少输入信号功率？

将 V _{noise_cap} = sqrt(K * T / C) 用于开关电容滤波器，我们得知 10 pF 电容在 290 开尔文温度下会产生 20 微伏 RMS 随机噪声。这种噪声来自开关（例如 FET，当 FET 关闭时）。

我们需要将本底噪声降低 20,000 倍。

这需要大小为 10 pF * 20,000 * 20,000 = 4,000 * 1,000 * 1,000 pF 的电容器。

或 4 毫法拉。

这需要什么传感器能量？

功率=频率*电容*电压^2

传感器功率 = 1 * 0.004 法拉 * 1 伏特^2

传感器功率 = 0.004 瓦

什么传感器产生 4 毫瓦？具有 10 欧姆（线圈电阻）的动圈式唱机可产生 200 微伏有效值输出；使用 Power = Vrms^2/Resistance，我们发现 Power = 4e-8/10 = 4e-9 = 4 纳瓦；因此，我们不应该期望黑胶唱片中的 30 位音乐，即使是经过严重过滤的音调。

现在，为了好玩，猜猜 62 欧姆和 0.004 法拉的有效噪声带宽是多少？-3dB 拐角约为每秒 4 弧度。从 DC 积分到无穷大，每秒得到 6.28 弧度。

大自然不是很有趣吗？

除了我所理解的需要和准确性之外，还有另外两个问题：泄漏和噪音。

如果您使用高电压（例如，测量 100 伏至 9.5 位），您会遇到泄漏问题：电压会导致微小电流在许多不同点之间流动（例如，在同轴电缆的正极和负极端子电缆之间，内部仪表的开关等），与已经存在的 8.5 位仪表相比，这使您的最后一位数字不那么有用。

但是，当您使用较低电压时，例如 1 伏，您会遇到噪声和热偏移问题。1 伏的最后一位数字是 1 纳伏。考虑到您想要的输入阻抗（因为即使是最小的负载也会对 9.5 位产生影响），您需要非常长的测量时间才能消除热噪声。那时，1/f 噪声真的出现了，让一切变得更糟。好像这还不够：热电压（当两个金属之间存在温度梯度时产生的电压）可以达到微伏量级！

因此，所有这些事情都需要难以置信的控制才能绕过，超出了实验室中实际可能的情况（事实上，要在较低范围内获得 6.5 位仪表的真正性能，您已经需要考虑热 EMF 和泄漏等因素考虑在内），除非您正在进行极端校准。在这些情况下，绝对参考实验室通常会使用基于约瑟夫森结的定制参考，其中低温温度和量子物理学用于将时间测量（实际上是频率）转换为电压测量。这些可能要花费数十万美元，并且需要大量专业知识才能操作。

在我之前参与的一个项目中，我们为 Penning 陷阱实验构建、测试和使用了精密电压源。我们需要\$100\,\text{V}\$源在 sub- \$\mu\text{V}\$范围内是稳定的（即精确的，不精确的） 。

8.5 位万用表和该级别测量的一个问题是您必须处理热电势和接触电势，这会严重降低您的准确性。此外，这两种影响通常都取决于温度，这会降低您的精度，除非您的测试设置具有良好的热稳定性。如果您有一个 9.5 位万用表，则您必须更好地控制测量环境。

如果你真的，真的需要一个 9.5 位万用表，目前的 ADC 技术是不够的。我想你可以为此设置低温 Penning 陷阱。它必须是定制的，花费几十万美元和一到两个博士生。但这是可以完成的！校准将是最棘手的部分，但可以针对约瑟夫森结阵列（主要标准）进行。