示波器那些事兒--之帶寬

示波器帶寬是指正弦曲線輸入信號被衰減到信號真實幅度70.7%的頻率，稱為-3dB點。如圖所示：

如果沒有充足的帶寬，示波器將不能解析高頻變化，幅度將失真，邊沿將消失，細節(jié)將丟失。如果沒有充足的帶寬，示波器的所有功能和浮華都沒有任何意義。

任何信號都可以分解成無數(shù)次諧波的疊加，從頻域來理解，帶寬選擇的總原則是：帶寬能覆蓋被測信號各次諧波的99.9%的能量就足夠了。帶寬選擇的根源就在于：我們不能直觀地知道被測信號能量的99.9%對應的帶寬是多少。

“示波器的帶寬當然是越高越好”這句話從某種意義上是正確的：帶寬越高，意味著能夠準確測量被測信號的帶寬越高，可能實現(xiàn)的信號復現(xiàn)精度就越高；示波器的帶寬越高，那么示波器的上升時間越小，測量出上升時間的準確度越高。但是帶寬越高，價值越大，也越值錢。另外從使用角度來說，帶寬越高未必越好。

在不確定信號分解到第N次諧波的時候能量衰減到99.9%，在選擇和使用示波器時可以留下足夠的帶寬裕量，但是帶寬過高會造成一個嚴重問題是：引入的噪聲能量超過了同等帶寬范圍內(nèi)的信號的自身的能量，也會導致測量結(jié)果不準確，這就是測量中反復要提及的信噪比（SNR）問題。

假如使用500MHz的示波器能覆蓋被測信號99.9%的能量，測量精度可以達到5%以內(nèi)，但是我們偏要使用1GHz的示波器，那么在500MHz～1GHz頻率范圍內(nèi)引入的噪聲能量遠遠大于500MHz～1GHz范圍內(nèi)覆蓋的被測信號剩下的0.1%的能量，測量的結(jié)果在時域上就表現(xiàn)為波形上疊加了很多高頻成分的隨機噪聲，影響到一些參數(shù)的測量結(jié)果，因此反而使用500MHz測量的結(jié)果更準確！這就是為什么在測量電源紋波時候，我們要將帶寬限制為20MHz。

在數(shù)字領域中，上升時間測量至關重要。在預計測量數(shù)字信號時，如脈沖和階躍，上升時間可能是更適合的性能考慮因素。示波器必須有充足的上升時間，才能準確捕獲迅速跳變的細節(jié)，示波器上升時間越快，捕獲快速跳變關鍵細節(jié)的精度越高。上升時間描述了示波器的實用頻率范圍。在某些應用中，可能只知道信號的上升時間，有一個常數(shù)，可以把示波器的帶寬和上升時間關聯(lián)起來：

帶寬=K/上升時間

其中K是位于0.35和0.45之間的值，具體視示波器頻響曲線形狀和脈沖上升時間響應的形狀而定。帶寬<1GHz的示波器的K值一般為0.35，帶寬>1GHz的示波器的K值一般為0.40和0.45之間。

為確定準確檢定特定應用中信號幅度所需的示波器帶寬，應采用5倍法則，即

示波器帶寬≧信號的最高頻率成分X5

使用5倍法則選擇的示波器將在測量中提供小于±2%的誤差，這對當前應用一般足夠了。但是隨著信號速度的提高，這一經(jīng)驗法則可能實現(xiàn)不了。

某些示波器通過數(shù)字信號處理，提供了一種增強帶寬的方法?？梢允褂?strong>DSP任意均衡濾波器，改善示波器通道響應。這個濾波器擴大了帶寬，使示波器通道頻響平坦化，改善相位線性度，在通道之間實現(xiàn)更好的匹配程度。它還降低了上升時間，改善了時域階躍響應。