示波器百問（四）

答：帶寬是示波器的基本指標(biāo)，和放大器帶寬的定義一樣，是所謂的－3dB點(diǎn)，即，在示波器的輸入加正弦波，幅度衰減為實(shí)際幅度的70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)稱為帶寬。也就是說，使用100MHz帶寬的示波器測(cè)量1V，100MHz的正弦波，得到的幅度只有0.707V。這還只是正弦波的情形。因此，我們?cè)谶x擇示波器的時(shí)候，為達(dá)到一定的測(cè)量精度，應(yīng)該選擇信號(hào)最高頻率5倍的帶寬。

32． 測(cè)量系統(tǒng)的總帶寬如何獲得？

答：測(cè)量系統(tǒng)的總帶寬＝0.35/上升時(shí)間(1GHz以下示波器)。

33． 在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒有太大的意義？

答：帶寬是限制被測(cè)信號(hào)高頻分量被捕獲的基本條件。使用優(yōu)利德的示波器每個(gè)被測(cè)信號(hào)周期只需2.5個(gè)點(diǎn)就能夠最大限度的重構(gòu)波形。其它一些示波器需要大于4個(gè)樣點(diǎn)/周期，即100MHZ帶寬示波器單次采集至少需要400MS/s的采樣率，有些示波器甚至需要10個(gè)點(diǎn)（線性內(nèi)插技術(shù)）才能保證采集信號(hào)有意義。

34． 所謂高斯響應(yīng)示波器和平坦響應(yīng)示波器各有何優(yōu)缺點(diǎn)和適合的領(lǐng)域？

答：在示波器的規(guī)范中并沒有平坦相應(yīng)和高斯相應(yīng)的指標(biāo)。在示波器中會(huì)出現(xiàn)類似的比較或探討，可能有如下原因：

眾所周知，示波器是時(shí)域的儀器，從優(yōu)利德發(fā)明第一臺(tái)可觸發(fā)的模擬示波器以來，示波器的帶寬一直是最重要的指標(biāo)，它是指示波器內(nèi)部的前置放大器的模擬帶寬。但是，示波器帶寬的定義卻是頻域的定義，即正弦波幅度衰減到-3dB點(diǎn)時(shí)的頻率點(diǎn)。一個(gè)復(fù)雜高速信號(hào)含有豐富的頻譜分量，如果需要精確測(cè)量信號(hào)，必須知道它們的每一個(gè)頻譜分量的幅度和相位，所以示波器的幅頻特性和相頻特性非常重要。

從最近幾年的發(fā)展來看，目前數(shù)字示波器的帶寬越做越高，從優(yōu)利德2000年推出TDS7000 4GHZ帶寬示波器，2001年推出TDS6000 6GHZ帶寬示波器，2003年推出TDS7704B 7GHZ帶寬示波器，到最近TDS6804B 8GHZ帶寬示波器，帶寬幾乎每年都在提升。當(dāng)示波器帶寬到達(dá)幾個(gè)GHZ時(shí)，前置放大器作為模擬器件，保證良好的幅頻和相頻特性越來越難，優(yōu)利德是掌握這一最關(guān)鍵技術(shù)的唯一公司。有些廠商無法做到，就不得不采用其它的一些方法來修補(bǔ)模擬器件帶寬的不足，獲得更高的帶寬，頻響曲線自然發(fā)生變化。

隨著目前各種高速信號(hào)越來越多，信號(hào)速率越來越快，對(duì)實(shí)時(shí)示波器提出了新的要求，示波器廠商的數(shù)字示波器中也出現(xiàn)了一些新的技術(shù)，最顯著的是示波器通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP）來得到更好的性能。DSP就在數(shù)字示波器主要應(yīng)用包括：

增強(qiáng)帶寬

更快的上升時(shí)間

增益和波形校準(zhǔn)與改善

幅度和相位的改善

光參考接收機(jī)歸一化

其中優(yōu)利德的第三代示波器（DPO）就是DSP技術(shù)的最好體現(xiàn)。合理的利用DSP可以提升示波器測(cè)試的信號(hào)保真度。

但是，DSP技術(shù)的使用會(huì)是每一個(gè)示波器的使用者產(chǎn)生迷惑，特別是在“帶寬是否可以通過DSP可以提升”，“示波器的帶寬是模擬帶寬，和DSP技術(shù)有何關(guān)系”，“當(dāng)前的示波器帶寬到底是模擬帶寬還是DSP帶寬？”“DSP技術(shù)帶來的負(fù)面效應(yīng)是什么？”

在優(yōu)利德最新的TDS6804B 8GHZ帶寬的示波器中的模擬帶寬是7GHZ，通過DSP增強(qiáng)后的帶寬是8GHZ，為了保證每一個(gè)測(cè)試人員對(duì)這兩種方式的理解，在TDS6804B中可以打開和關(guān)閉DSP的帶寬增強(qiáng)功能。優(yōu)利德將DSP增強(qiáng)帶寬帶來的優(yōu)點(diǎn)和問題告訴每一個(gè)測(cè)試人員，幫助測(cè)試人員理解模擬帶寬和DSP增強(qiáng)帶寬的測(cè)試結(jié)果，更好的進(jìn)行高速信號(hào)測(cè)試。

35． 除高斯響應(yīng)示波器和平坦響應(yīng)示波器之外，還有基于其它響應(yīng)的示波器嗎？

答：示波器前置放大器的頻響特性是決定測(cè)試結(jié)果的最關(guān)鍵因素，它由模擬器件決定。關(guān)鍵在于用何種方法來獲得足夠的頻響。

36． 以前在用TDS744,TDS745等示波器時(shí)，使用的是無源探頭(如P6139A,帶寬500M)。在購買了有源探頭(P6237)之后,從測(cè)試波形來看(特別是測(cè)高頻信號(hào)時(shí)),兩者的測(cè)試結(jié)果差異較大.從探頭參數(shù)得知,有源探頭的輸入電容<1pF,而無源探頭則為10pF左右.這樣看來應(yīng)該是有源探頭的測(cè)試結(jié)果更能反映信號(hào)真實(shí)的情況.既然無源探頭對(duì)高頻信號(hào)衰減很大,那么500M的帶寬有什么意義呢? 如何根據(jù)測(cè)試情況來選擇使用有源或無源探頭？

答：您的P6139A探頭加上優(yōu)利德的500MHz示波器典型帶寬值還是可以達(dá)到500MHz，但是正如您所說，其輸入電容不同，這一電容將產(chǎn)生對(duì)于待測(cè)信號(hào)的負(fù)載效應(yīng)，造成信號(hào)振鈴，形狀發(fā)生改變，因此這個(gè)時(shí)候使用有源探頭時(shí)能反映信號(hào)的真實(shí)情況。實(shí)際上，使用探頭不光要考慮帶寬，所有這些因素我們?cè)跍y(cè)量高頻信號(hào)的時(shí)候都要考慮：

帶寬/上升時(shí)間

動(dòng)態(tài)范圍

負(fù)載效應(yīng)

接地效應(yīng)

共振效應(yīng)

尤其P6139A時(shí)您還要考慮地線的影響，探頭上的接地線也會(huì)帶來振鈴，測(cè)量高頻信號(hào)的時(shí)候應(yīng)該盡量縮短地線的長度。

另外，您使用的P6247是有源差分探頭，共模的影響也可能是一個(gè)因素。

選擇無源探頭主要是因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)范圍大，比如P6139A可以測(cè)量從毫伏到幾百伏的信號(hào)，而P6247只能測(cè)量＋－8.5V的信號(hào)。另外有源探頭價(jià)格也是一個(gè)因素。

37． 實(shí)驗(yàn)時(shí)，示波器接地線后，導(dǎo)致MOsfet炸掉，現(xiàn)在將示波器都剪掉了地線。這是什么原因？

答：為保證測(cè)試中的人身安全以及獲得良好的測(cè)量效果，一般示波器的所有探頭的地線都與機(jī)殼連接在一起，并連接到示波器電源線的地線。因此，您在電源中測(cè)量MOSFET管波形的時(shí)候，如果其中任何一個(gè)點(diǎn)都不是地，就會(huì)產(chǎn)生問題，如下圖所示。

剪斷地線可以防止對(duì)MOSFET管測(cè)試中的短路問題，但是也會(huì)帶來一些其它的測(cè)試問題，比如示波器機(jī)殼帶電，示波器機(jī)殼分布參數(shù)對(duì)測(cè)量信號(hào)造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭，比如優(yōu)利德的P5205，可以測(cè)量所謂的2個(gè)測(cè)試點(diǎn)都不是地的差分信號(hào)。

38． 用示波器抓取數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)的文本里只有當(dāng)前屏幕的數(shù)據(jù)，且是按照resolution為時(shí)間間隔的。如何利用軟件實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)（matlab?），如何抓到更多數(shù)據(jù)？

答：優(yōu)利德示波器采用壓縮屏幕的顯示風(fēng)格，即屏幕顯示的波形為采集下來的所有數(shù)據(jù)，配合TDS5000B的multiViewZoom功能，可以方便顯示所有波形。

優(yōu)利德TDS5000B，TDS6000，TDS7000B，TDS8000B系列示波器都采用完全開放的WINDOWS平臺(tái)，支持當(dāng)前所有的流行工具，象Matlab，LabView，VB，VC，.NET，MicroSoft Office VBA等等，可以靈活進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

這些分析工具還可以直接安裝在示波器里面，構(gòu)成一臺(tái)集數(shù)據(jù)采集，分析，顯示，處理的儀器。單次采集更多的數(shù)據(jù)，需要示波器配備更深的存儲(chǔ)深度，象TDS5000B系列通用示波器可以支持到16M內(nèi)存。

39． 影響示波器工作速度的因素有哪些？

答：實(shí)際上任何一臺(tái)示波器的原理都差不多，前端是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，后端是計(jì)算機(jī)處理。影響速度主要有兩方面，一是從前端數(shù)采到后端處理的數(shù)據(jù)傳輸，一般都是用PCI總線，此乃傳輸瓶頸,但已有新技術(shù)可以突破；另一個(gè)是后端的處理方式，提高處理速度可以通過數(shù)據(jù)分包共享來實(shí)現(xiàn)。

40． 我們的應(yīng)用通常會(huì)捕獲2M甚至更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,且采樣率通常會(huì)高達(dá)10GS/S,但在進(jìn)行參數(shù)測(cè)試和FFT等分析時(shí)總是顯得很慢,為什么？

答：處理的數(shù)據(jù)量大，速度自然會(huì)慢。要想獲得大數(shù)據(jù)量的高速實(shí)時(shí)FFT分析，除非采用專用FFT處理器，但成本較高。