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示波器带宽的重要性

2017-04-06 17:40:17 | 人围观 | 评论:

带宽决定着示波器测量信号的基本能力。在信号频率提高时，示波器准确显示信号的能力会下降，带宽这个指标表明了示波器能够准确测量的频率范围。
    如果没有充足的带宽，示波器将不能解析高频变化，幅度将失真，边沿将消失，细节将丢失。如果没有充足的带宽，示波器的所有功能和浮华都没有任何意义。
    任何信号都可以分解成无数次谐波的叠加，从频域来理解，带宽选择的总原则是：带宽能覆盖被测信号各次谐波的99.9%的能量就足够了。带宽选择的根源就在于：我们不能直观地知道被测信号能量的99.9%对应的带宽是多少。
    “示波器的带宽当然是越高越好”这句话从某种意义上是正确的：带宽越高，意味着能够准确测量被测信号的带宽越高，可能实现的信号复现精度就越高；示波器的带宽越高，那么示波器的上升时间越小，测量出上升时间的准确度越高。但是带宽越高，价值越大，也越值钱。另外从使用角度来说，带宽越高未必越好。
    在不确定信号分解到第N次谐波的时候能量衰减到99.9%，在选择和使用示波器时可以留下足够的带宽裕量，但是带宽过高会造成一个严重问题是：引入的噪声能量超过了同等带宽范围内的信号的自身的能量，也会导致测量结果不准确，这就是测量中反复要提及的信噪比（SNR）问题。
    假如使用500MHz的示波器能覆盖被测信号99.9%的能量，测量精度可以达到5%以内，但是我们偏要使用1GHz的示波器，那么在500MHz～1GHz频率范围内引入的噪声能量远远大于500MHz～1GHz范围内覆盖的被测信号剩下的0.1%的能量，测量的结果在时域上就表现为波形上叠加了很多高频成分的随机噪声，影响到一些参数的测量结果，因此反而使用500MHz测量的结果更准确！这就是为什么在测量电源纹波时候，我们要将带宽限制为20MHz。
    在数字领域中，上升时间测量至关重要。在预计测量数字信号时，如脉冲和阶跃，上升时间可能是更适合的性能考虑因素。示波器必须有充足的上升时间，才能准确捕获迅速跳变的细节，示波器上升时间越快，捕获快速跳变关键细节的精度越高。上升时间描述了示波器的实用频率范围。在某些应用中，可能只知道信号的上升时间，有一个常数，可以把示波器的带宽和上升时间关联起来：带宽=K/上升时间
    其中K是位于0.35和0.45之间的值，具体视示波器频响曲线形状和脉冲上升时间响应的形状而定。带宽<1GHz的示波器的K值一般为0.35，带宽>1GHz的示波器的K值一般为0.40和0.45之间。
    为确定准确检定待定应用中信号幅度所需的示波器带宽，应采用5倍法则，即示波器带宽信号的最高频率成分X5
    使用5倍法则选择的示波器将在测量中提供小于±2%的误差，这对当前应用一般足够了。但是随着信号速度的提高，这一经验法则可能实现不了。
    某些示波器通过数字信号处理，提供了一种增强带宽的方法。可以使用DSP任意均衡滤波器，改善示波器通道响应。这个滤波器扩大了带宽，使示波器通道频响平坦化，改善相位线性度，在通道之间实现更好的匹配程度。它还降低了上升时间，改善了时域阶跃响应。

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