示波器帶寬你真的理解嗎？

　?。?）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，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(yīng)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(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間的顯示。模擬帶寬，一個示波器重要的指標，它應(yīng)該定義在頻域，而不是在 時域。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，就必須知道組成復(fù)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(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(yīng)模型。使用這個公式很容易計算出 tr 上升時間，但是，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(shè)信號和示波器的測試系統(tǒng)都是一階響應(yīng)特性，但是在實際上，特別是今天的高速串行信號，這個假設(shè)與實際相差甚遠。對于最大平坦包絡(luò)延遲響應(yīng)，示波 器的帶寬和上升時間的關(guān)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(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 會得到較好的補償，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(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確捕捉復(fù)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

　　帶寬

　　為了滿足示波器探頭設(shè)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(yīng)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(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，一個帶寬是300MHz至500MHz測量系統(tǒng)，建議捕獲100MHz的方波信號。

　　關(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，選擇探頭帶寬應(yīng)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%。

　　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(fù)現(xiàn)復(fù)雜波形形狀的。要充分理解其波

　　形復(fù)現(xiàn)過程，階躍響應(yīng)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(yīng)，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(yīng)該比被

　　測信號的上升時間快3 至5 倍。

　　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。但是，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。

　　記錄長度

　　記錄長度=采樣速率×掃速×10。