理解示波器帶寬

《理解示波器帶寬》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、當(dāng)示波器用戶選擇示波器進(jìn)行關(guān)鍵的測量時(shí)，示波器的主要參數(shù)指標(biāo)往往是選擇哪一款示波器的唯一標(biāo)準(zhǔn)。示波器最主要的指標(biāo)參數(shù)是：　　（1）帶寬；　　（2）采樣率；　?。?）記錄長度?！　?這個(gè)指標(biāo)能告訴我們什么？　　模擬帶寬是一個(gè)測量指標(biāo)，簡單的定義是：示波器測得正弦波的幅度不低于真實(shí)正弦波信號3dB的幅度時(shí)的最高頻率（見的IEEE－1057）。如圖1，是一個(gè)理想的示波器帶寬和幅度測量誤差的曲線圖，從圖1可以看出，當(dāng)被測正弦波的頻率等于示波器的帶寬（示波器的放大器的響應(yīng)是一階高斯型）時(shí)，幅度測量誤差大約30%。如果想測量正弦波的幅度誤差只有3%，被測正弦波的頻率要比示

2、波器的帶寬要低很多（大約是示波器的帶寬的0.3倍）。由于大多數(shù)信號是比正弦波復(fù)雜的多，使用示波器測量信號的通用法則是：示波器的帶寬是被測信號的頻率的5倍。　　　　帶寬-不能告訴我們什么　　最典型的用戶選擇示波器顯示和測量復(fù)雜的電和光信號，觀測信號在示波器上幅度對時(shí)間的顯示。模擬帶寬，一個(gè)示波器重要的指標(biāo)，它應(yīng)該定義在頻域，而不是在時(shí)域。根據(jù)采樣理論，復(fù)雜的信號在頻域包含豐富的頻譜成分（包含多次正弦波的諧波成分），見圖2.利用頻譜分析，可以看到被采樣信號的頻率成分，然而，如果要充分描述這些頻率成分的特點(diǎn)，就必須知道組成復(fù)雜信號的每個(gè)成分的準(zhǔn)確幅度和相位信息。在這種情

3、況下，帶寬除了能夠告訴將怎樣捕獲這些細(xì)節(jié)，其它什么也不能告訴我們。從帶寬的測量角度，我們只知道，輸入一個(gè)頻率和帶寬相同的正弦波，示波器的幅度測量誤差為30%?！　　　捄蜕仙龝r(shí)間的關(guān)系是什么　　除了對通用的信號分析，大多數(shù)的工程師也有對時(shí)間測量感興趣，如方波的上升時(shí)間和下降時(shí)間。因此，從指定的帶寬可以評估示波器系統(tǒng)的上升時(shí)間，我們可以使用下面公式：tr=0.35/BW（或0.42/BW）；即：BW=0.35/tr（或0.42/tr）=5*Fclock（一般普通信號的tr=7%*T，其中：T=1/Fclock）。實(shí)際信號的帶寬：信號諧波幅值將為0次波（基波）的70

4、%（即下降3dB）時(shí)的諧波頻率。　　這里的0.35是示波器帶寬和上升時(shí)間（一階高斯模型時(shí)的10%-90％上升時(shí)間）之間的比例系數(shù)，示波器的放大器大多數(shù)使用的是一階高斯型RC低通濾波器的響應(yīng)模型。使用這個(gè)公式很容易計(jì)算出tr上升時(shí)間，但是，實(shí)際往往不是這樣的。圖3的表格給出了不同信號標(biāo)準(zhǔn)所需要的測量系統(tǒng)帶寬的建議，建議的系統(tǒng)帶寬能夠保證上升時(shí)間或其它測量得到合理的測試精度。注意，儀器系統(tǒng)很多因數(shù)都會(huì)影響在示波器測試上升時(shí)間結(jié)果的精度，這些因數(shù)包括信號源，探頭，以及示波器。圖3表格是假設(shè)信號和示波器的測試系統(tǒng)都是一階響應(yīng)特性，但是在實(shí)際上，特別是今天的高速串行信號，這

5、個(gè)假設(shè)與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。對于最大平坦包絡(luò)延遲響應(yīng)，示波器的帶寬和上升時(shí)間的關(guān)系系數(shù)接近0.45.在圖3中，可以看出上升時(shí)間和帶寬比例系數(shù)的變化，20GHz幅頻響應(yīng)模型也發(fā)生變化，從簡單的一階響應(yīng)到32階響應(yīng)。16階和32階響應(yīng)類似現(xiàn)在的高性能示波器的響應(yīng)特性，這類高性能示波器的tr/BW比例系數(shù)接近0.4或0.45。對于這樣的比例系數(shù)，示波器的幅頻響應(yīng)從低頻到示波器帶寬截止頻率的平坦度非常好。另外，如果儀器使用非常好的濾波器，那么它的幅度和相位都會(huì)得到較好的補(bǔ)償，以便以最好的保真度捕獲和分析復(fù)雜信號。什么是真正意義上最好的示波器？兩臺(tái)示波器具有相同帶寬性能可以有不同

6、的上升時(shí)間，以及不同的幅頻響應(yīng)和相位響應(yīng)！因此，只有知道示波器的帶寬，將無法可靠地知道其測量能力或其能夠準(zhǔn)確捕捉復(fù)雜信號（像高速串行數(shù)據(jù)流）的能力。同時(shí)，示波器的真實(shí)的上升時(shí)間和從示波器帶寬計(jì)算出的上升時(shí)間結(jié)果是否一致值得商榷。要得到示波器真實(shí)上升時(shí)間和下降時(shí)間，唯一可靠的途徑就是利用一個(gè)上升時(shí)間比示波器快的多的理想階躍信號去測量?！　　　√筋^帶寬和上升時(shí)間　　帶寬　　為了滿足示波器探頭設(shè)計(jì)要求，探頭帶寬是大頻率范圍。例如，一個(gè)100MHz的示波器探頭要求所測量的頻率范圍達(dá)到100MHz，探頭能夠捕捉信號在指定頻率范圍的變化。事實(shí)上，每個(gè)探頭制造商認(rèn)為，在最大指定

7、的帶寬，探頭的頻率響應(yīng)是下降3dB。在頻率超出了3dB點(diǎn)，信號幅度會(huì)大大衰減，測量結(jié)果可能是不可預(yù)測的。精確測量幅度的原則是：測量系統(tǒng)的帶寬應(yīng)是被測波形頻率的3至5倍以上。這個(gè)建議可確保足夠的帶寬捕獲非正弦波波形的高頻率成分，如方波。例如，一個(gè)帶寬是300MHz至500MHz測量系統(tǒng)，建議捕獲100MHz的方波信號?！　￡P(guān)于帶寬見圖1，隨著頻率的增加，信號的幅度衰減。同樣地如前所述，探頭制造商指定帶寬到3dB內(nèi)的幅度損失對測試信號沒有明顯影響，在3dB外，隨著高頻成分的衰減，在方波信號的上升和下降邊緣發(fā)生明顯的變化。使用探頭測試信號時(shí)，選擇探頭帶寬應(yīng)是被測信號頻率

8、的3到5倍