示波器帶寬的原理及實(shí)用技巧

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1、示波器基礎(chǔ)帶寬的原理及實(shí)用技巧示波器帶寬的原理示波器帶寬在測試中的應(yīng)用工程師在選擇示波器的時(shí)候，如何確定帶寬？帶寬被稱為示波器的第一指標(biāo)，也是示波器最值錢的指標(biāo)。示波器市場的劃分常以帶寬作為首要依據(jù)，工程師在選擇示波器的時(shí)候，首先要確定的也是帶寬。在銷售過程中，關(guān)于帶寬的故事也特別多。通常談到的帶寬沒有特別說明是指示波器模擬前端放大器的帶寬，也就是常說的-3dB截止頻率點(diǎn)。此外，還有數(shù)字帶寬，觸發(fā)帶寬的概念。我們常說數(shù)字示波器有五大功能，即捕獲（Capture），觀察（View），測量(Measurement)，

2、分析（Analyse）和歸檔（Document）。這五大功能組成的原理框圖如圖1所示。圖1，數(shù)字示波器的原理框圖捕獲部分主要是由三顆芯片和一個(gè)電路組成，即放大器芯片，A/D芯片，存儲(chǔ)器芯片和觸發(fā)器電路，原理框圖如下圖2所示。被測信號(hào)首先經(jīng)過探頭和放大器及歸一化后轉(zhuǎn)換成ADC可以接收的電壓范圍，采樣和保持電路按固定采樣率將信號(hào)分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的采樣電平，ADC將這些電平轉(zhuǎn)化成數(shù)字的采樣點(diǎn)，這些數(shù)字采樣點(diǎn)保存在采集存儲(chǔ)器里送顯示和測量分析處理。圖2，示波器捕獲電路原理框圖示波器放大器的典型電路如圖3所示。這個(gè)電路在模

3、擬電路教科書中處處可見。這種放大器可以等效為RC低通濾波器如圖4所示。由此等效電路推導(dǎo)出輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系，得出理想的幅頻特性的波特圖如圖5所示。圖3，放大器的典型電路圖4，放大器的等效電路模型圖5，放大器的理想波特圖至此，我們知道帶寬f2即輸出電壓降低到輸入電壓70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)。根據(jù)放大器的等效模型，我們可進(jìn)一步推導(dǎo)示波器的上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系式，即我們常提到的0.35的關(guān)系：上升時(shí)間=0.35/帶寬，推導(dǎo)過程如下圖6所示。需要說明的是，0.35是基于高斯響應(yīng)的理論值，實(shí)際測量系統(tǒng)中這個(gè)數(shù)值往往介于0

4、.35-0.45之間。在示波器的datasheet上都會(huì)標(biāo)明“上升時(shí)間”指標(biāo)。示波器測量出來的上升時(shí)間與真實(shí)的上升時(shí)間之間存在下面的關(guān)系式。在對(duì)快沿信號(hào)測試中，需要通過該關(guān)系式來修正實(shí)際被測信號(hào)的上升時(shí)間。Measuredrisetime(tr)2=(trsignal)2+(trscope)2+(trprobe)2圖6，示波器上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系第二講示波器基礎(chǔ)之采樣率和存儲(chǔ)深度中心議題：·示波器的采樣、采樣速率·示波器的采樣模式·示波器的存儲(chǔ)、存儲(chǔ)深度解決方案：·實(shí)時(shí)采樣用來捕獲非重復(fù)性或單次信號(hào)·等效時(shí)間采樣

5、是對(duì)周期性波形在不同的周期中進(jìn)行采樣·在高速串行數(shù)據(jù)的測量中用FFT來分析噪聲和干擾·存儲(chǔ)深度＝采樣率×采樣時(shí)間在選擇示波器時(shí)，工程師首先需要確定測量所需的帶寬。然而當(dāng)示波器的帶寬確定后，影響實(shí)際測量的恰恰是相互作用、相互制約的采樣率和存儲(chǔ)深度。圖1是數(shù)字示波器的工作原理簡圖。???????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理組成框圖輸入的電壓信號(hào)首先進(jìn)入示波器的前端放大器，放大器將信號(hào)放大

6、或者衰減以調(diào)整信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，其輸出的信號(hào)由采樣/保持電路進(jìn)行采樣，并由A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，信號(hào)變成數(shù)字形式存入存儲(chǔ)器中，微處理器對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)字化信號(hào)波形進(jìn)行相應(yīng)的處理，并顯示在顯示屏上。這就是數(shù)字存儲(chǔ)示波器簡單的工作過程。采樣、采樣速率由于計(jì)算機(jī)只能處理離散的數(shù)字信號(hào)，模擬電壓信號(hào)進(jìn)入示波器后面臨的首要問題就是連續(xù)信號(hào)的數(shù)字化（模/數(shù)轉(zhuǎn)化）問題。通過測量等時(shí)間間隔波形的電壓幅值，并把該電壓轉(zhuǎn)化為用8位二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字信息，這就是DSO的采樣（見圖2）。每兩次采樣之間的時(shí)間間隔越小，那么重

7、建出來的波形就越接近原始信號(hào)。采樣率（SamplingRate）就是采樣時(shí)間間隔的倒數(shù)。例如，如果示波器的采樣率是每秒10G次（10GSa/s），則意味著每100ps進(jìn)行一次采樣。????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖2示波器的采樣第三講示波器基礎(chǔ)之觸發(fā)功能（上）中心議題：·示波器的觸發(fā)功能的含義解決方案

8、：·多用于低頻信號(hào)的準(zhǔn)確測量中·要點(diǎn)：觸發(fā)源、觸發(fā)點(diǎn)、觸發(fā)電平、觸發(fā)模式觸發(fā)是數(shù)字示波器區(qū)別于模擬示波器的最大特征之一。數(shù)字示波器的觸發(fā)功能非常豐富，通過設(shè)置，用戶可以看到觸發(fā)前后的信號(hào)。對(duì)于高速信號(hào)的分析，觸發(fā)應(yīng)用較少，因?yàn)橥ǔＪ遣东@很長時(shí)間的波形然后做眼圖和抖動(dòng)分析。而對(duì)于低速信號(hào)的測量，觸發(fā)應(yīng)用非常頻繁，因?yàn)橥ǔ?huì)有很多雜訊需要被隔離。示波器的采集存儲(chǔ)器是一個(gè)循環(huán)緩