Picoscope示波器學習筆記一

帶寬是大多工程師選擇示波器時的首要考慮參數(shù)。

帶寬定義為信號衰減3dB時的信號頻率。

圖1示波器幅頻特性

大多數(shù)帶寬在1GHz及以下的示波器通常會出現(xiàn)高斯響應，并在-3dB頻率處表現(xiàn)出緩慢下降特征。帶寬大于1GHz的示波器通常擁有最大平坦頻率響應，通常在-3dB頻率附近顯示出具有更陡峭的下降特征，更為平坦的帶內(nèi)響應。

如何選擇示波器的帶寬

根據(jù)經(jīng)驗，示波器的帶寬至少是被測試系統(tǒng)的最快數(shù)字時鐘頻率的5倍。如果所選的示波器達到這一標準，它就能以最小的信號衰減捕捉到被測信號的5次諧波。但是如果要對高速邊沿信號進行精確測量，這個簡單的公式并未考慮快速上升和下降沿中的實際最高頻率成分。

經(jīng)驗法則:fBW≥5xfclk

（1）以上升沿情況選擇帶寬

確定示波器帶寬的一個更準確的方法是根據(jù)數(shù)字信號中存在的最高頻率，而不是最大時鐘速率。數(shù)字信號的最高頻率要看信號中最快的邊沿速度是多少。因此，我們首先要確定最快的信號的上升和下降時間。

第一步：確定最快的邊沿速度

所有快速邊沿的頻譜中都包含無限多的頻率成分，但其中有一個拐點(或稱“knee”)，這一頻率為拐點頻率fknee，高于該頻率的頻率成分對于確定信號的形狀就無關緊要了。

第二步：計算fknee

fknee=0.5/信號上升時間(10%-90%)

或fknee=0.4/信號上升時間(20%-80%)

對于上升時間特性按照10%到90%閥值定義的信號而言，拐點頻率fknee等于0.5除以信號的上升時間。對于上升時間特性按照20%到80%閥值定義的信號而言(如今的器件規(guī)范中通常采用這種定義方式)，拐點頻率fknee等于0.4除以信號的上升時間。但注意不要把此處的信號上升時間與示波器的上升時間規(guī)格混淆了，我們這里所說的是實際的信號邊沿速度。

第三步確定測量該信號所需的示波器帶寬。

表一給出了對于具備高斯頻響或最大平坦頻響的示波器而言，在各種精度要求下需要的示波器帶寬與fknee的關系。

表一

下面以一個簡單的示例說明：通過近似高斯頻率響應測量500ps上升時間(10-90%),確定示波器的最小必需帶寬。

如果信號具有近似500ps的上升/下降時間(基于10%~90%標準)，那么信號中的最大實際頻率分量(fknee)將大約等于1GHz,即

fknee=0.5/500ps=1GHz

根據(jù)表一，如果在對信號進行實際的上升時間和下降時間測量時，您能夠容忍最多20%的計時誤差，那么可以使用1GHz帶寬示波器用于數(shù)字測量應用。但是如果需要3%左右的計時精度，則最好使用2GHz帶寬的示波器，即

20%計時精度:示波器帶寬=1.0x1GHz=1.0GHz

3%計時精度:示波器帶寬=1.9x1GHz=1.9GHz

（2）以諧波情況選擇示波器帶寬

諧波是指除絕對的正弦波之外的周期波所含的其它一切頻率分量。諧波頻是基波頻（正弦波）的整數(shù)倍。

要對波形進行精確的測量，對于非正弦波的波形，必須考慮其諧波。假如組成波形的主要諧波分量超出儀表的帶寬，那么我們就不能精確地測得波形的參數(shù)。以下以方波為例，說明如何選擇示波器的帶寬：

方波是由基波與無數(shù)奇次諧波疊加所構成，包含的諧波越多，波形越近似方波。

方波的質(zhì)量根據(jù)包含的諧波次數(shù)，其近似程度有所不同，如圖二所示。

圖2方波=基波+3次諧波+5次諧波+7次諧波+……+（2n+1）次諧波

圖3不同帶寬的示波器測同一方波

在實際測量中，在明確要測量的信號大致波形時，選擇示波器的帶寬可以參考以下表。比如需要測量的是方波信號，如果信號的頻率為f，那么應該選擇的示波器帶寬應該≥9f，這樣采集的信號才比較準確。