搞懂示波器帶寬，原來這么簡單！

時間：2021-12-08 17:29:41

關鍵字：示波器帶寬 HZ 方波

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]理解示波器帶寬——上升時間和信號保真度?當示波器用戶選擇示波器進行關鍵的測量時，示波器的主要參數(shù)指標，往往是選擇哪一款示波器的唯一標準。示波器最主要的指標參數(shù)是：帶寬采樣率記錄長度?帶寬，這個指標能告訴我們什么？模擬帶寬是一個測量指標，簡單的定義是：示波器測得正弦波的幅度不低于真...

理解示波器帶寬——上升時間和信號保真度

當示波器用戶選擇示波器進行關鍵的測量時，示波器的主要參數(shù)指標，往往是選擇哪一款示波器的唯一標準。示波器最主要的指標參數(shù)是：

帶寬
采樣率
記錄長度

帶寬，這個指標能告訴我們什么？

模擬帶寬是一個測量指標，簡單的定義是：示波器測得正弦波的幅度不低于真實正弦波信號3dB的幅度時的最高頻率（見的IEEE-1057）。如圖1所示，是一個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是一階高斯型）時，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雜的電和光信號，觀測信號在示波器上幅度對時間的顯示。模擬帶寬，一個示波器重要的指標，它應該定義在頻域，而不是在時域。根據(jù)采樣理論，復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，就必須知道組成復雜信號的每個成分的準確幅度和相位信息。在這種情況下，帶寬除了能夠告訴將怎樣捕獲這些細節(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，輸入一個頻率和帶寬相同的正弦波，示波器的幅度測量誤差為30%。

帶寬和上升時間的關系是什么？

除了對通用的信號分析，大多數(shù)的工程師也有對時間測量感興趣，如方波的上升時間和下降時間。因此，從指定的帶寬可以評估示波器系統(tǒng)的上升時間，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）。實際信號的帶寬：信號諧波幅值將為0次波（基波）的70%（即下降3dB）時的諧波頻率。

這里的0.35是示波器帶寬和上升時間(一階高斯模型時的10%-90％上升時間)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低通濾波器的響應模型。使用這個公式很容易計算出 tr上升時間，但實際往往不是這樣的。圖3的表格給出了不同信號標準所需要的測量系統(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)都會影響在示波器測試上升時間結(jié)果的精度，這些因數(shù)包括信號源，探頭，以及示波器。圖3表格是假設信號和示波器的測試系統(tǒng)都是一階響應特性，但是在實際上，特別是今天的高速串行信號，這個假設與實際相差甚遠。對于最大平坦包絡延遲響應，示波器的帶寬和上升時間的關系系數(shù)接近0.45。

在圖3中，可以看出上升時間和帶寬比例系數(shù)的變化，20GHz 幅頻響應模型也發(fā)生變化，從簡單的一階響應到32 階響應。16 階和32階響應類似現(xiàn)在的高性能示波器的響應特性，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得到較好的補償，以便以最好的保真度捕獲和分析復雜信號。什么是真正意義上最好的示波器？兩臺示波器具有相同帶寬性能可以有不同的上升時間，以及不同的幅頻響應和相位響應！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確捕捉復雜信號（像高速串行數(shù)據(jù)流）的能力。

同時，示波器的真實的上升時間和從示波器帶寬計算出的上升時間結(jié)果是否一致值得商榷。要得到示波器真實上升時間和下降時間，唯一可靠的途徑就是利用一個上升時間比示波器快的多的理想階躍信號去測量。

探頭帶寬和上升時間

1、帶寬

為了滿足示波器探頭設計要求，探頭帶寬是大頻率范圍。例如，一個100 MHz的示波器探頭要求所測量的頻率范圍達到100MHz，探頭能夠捕捉信號在指定頻率范圍的變化。

事實上，每個探頭制造商認為，在最大指定的帶寬，探頭的頻率響應是下降3dB。在頻率超出了3dB點，信號幅度會大大衰減，測量結(jié)果可能是不可預測的。

精確測量幅度的原則是：測量系統(tǒng)的帶寬應是被測波形頻率的3至5倍以上。這個建議可確保足夠的帶寬捕獲非正弦波波形的高頻率成分，比如方波，一個帶寬是300MHz至500MHz測量系統(tǒng)，建議捕獲100MHz的方波信號。

關于帶寬見圖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，選擇探頭帶寬應是被測信號頻率的3 到5 倍以上，幅度誤差從在3 dB 上的 30% 減少至約3%。

2、上升時間

帶寬描述了頻域特性，但不提供完整的描繪探頭，示波器是如何對時間復現(xiàn)復雜波形形狀的。要充分理解其波形復現(xiàn)過程，階躍響應是獲取時域特性是必須的。時域特性通過探頭的上升時間來表征，輸入一個比測試系統(tǒng)快很多的階躍信號來評估系統(tǒng)的階躍響應，從而得到的上升時間。選用探頭的規(guī)則，探頭的上升時間應該比被測信號的上升時間快3至5倍。

3、示波器采樣率

常見的數(shù)字存儲示波的采樣率單位是1GS/s，代表什么含義？是每秒采樣1G個點。但數(shù)字示波器的采樣率不是固定不變的，隨著你的屏幕分辨率不同，其每秒采樣的次數(shù)也不同。1G是指采樣的最大值。

4、記錄長度

記錄長度=采樣速率×掃速×10。

來源：面包板社區(qū)版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系刪除。

掃描二維碼，關注更多精彩內(nèi)容

本站聲明：本文章由作者或相關機構授權發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點，本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者，如若文章內(nèi)容侵犯您的權益，請及時聯(lián)系本站刪除。

換一批

阿維塔、賽力斯已入股！華為引望可能成“中國博世”

9月2日消息，不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司，隨著阿維塔和賽力斯的入局，華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字：阿維塔塞力斯華為

[美通社全球TMT]

Trianz與AWS達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，徹底改變云采用和管理方式

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術解決方案公司Trianz今天宣布，該公司與Amazon Web Services （AWS）簽訂了...

關鍵字： AWS AN BSP 數(shù)字化

[美通社全球TMT]

人工智能驅(qū)動工具SODA V將顛覆汽車市場，使汽車開發(fā)時間和成本降低90%

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V，這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具，可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字：汽車人工智能智能驅(qū)動 BSP

[美通社全球TMT]

從容應對未知風險----解密亞馬遜云科技的韌性之道

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行，同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險，如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加，頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性，提升韌性，成...

關鍵字：亞馬遜解密控制平面 BSP

[通信先鋒]

中國游戲市場開始復蘇！騰訊、網(wǎng)易等巨頭縮減在日本投資

8月30日消息，據(jù)媒體報道，騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字：騰訊編碼器 CPU

[通信先鋒]

獨立自主！華為董事：致力打造不依賴西方的技術

8月28日消息，今天上午，2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行，華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字：華為 12nm EDA 半導體

[通信先鋒]

華為張平安：數(shù)字世界話語權最終由生態(tài)繁榮決定！

8月28日消息，在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上，華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱，數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字：華為 12nm 手機衛(wèi)星通信

[美通社全球TMT]

中國通信服務公布2024年中期業(yè)績

要點：有效應對環(huán)境變化，經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升落實提質(zhì)增效舉措，毛利潤率延續(xù)升勢戰(zhàn)略布局成效顯著，戰(zhàn)新業(yè)務引領增長以科技創(chuàng)新為引領，提升企業(yè)核心競爭力堅持高質(zhì)量發(fā)展策略，塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字：通信 BSP 電信運營商數(shù)字經(jīng)濟

[美通社全球TMT]

NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟成立！自主生態(tài)將帶動產(chǎn)業(yè)鏈高速發(fā)展

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日，由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字： VI 傳輸協(xié)議音頻 BSP

[美通社全球TMT]