示波器帶寬的原理及應(yīng)用技巧
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Gaussian響應(yīng)在-3dB之后仍衰減很慢。其優(yōu)點(diǎn)是允許被測(cè)信號(hào)的更高頻率成分的諧波能量通過(guò)放大器（這是假定其有采樣率遠(yuǎn)超過(guò)Nyquist），對(duì)于特別快的快沿測(cè)量有幫助。其缺點(diǎn)是在低頻段使被測(cè)信號(hào)嚴(yán)重衰減，特別是對(duì)3次諧波的衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致眼圖測(cè)量中產(chǎn)生"花生眼"。
Maximally Flat響應(yīng)或者說(shuō)矩形響應(yīng)似乎是最接近我們教科書上對(duì)幅頻特性的定義。但幅頻特性接近理想狀況并不意味著是最適合用于示波器的放大器前端。其對(duì)于帶寬范圍內(nèi)的正弦波測(cè)量有優(yōu)勢(shì)，但由于實(shí)際測(cè)量信號(hào)多是方波信號(hào)，矩形響應(yīng)對(duì)于超過(guò)帶寬范圍內(nèi)的高次諧波完全消除掉，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的相位失真。假想您購(gòu)買的1GHz示波器是用于200MHz的信號(hào)測(cè)量，矩形響應(yīng)會(huì)將５次諧波以上的能量完全消除掉。這對(duì)于上升沿比較快的脈沖信號(hào)測(cè)量是有問(wèn)題的?！?br />
力科的 4th oder Bessel 響應(yīng)曲線是對(duì)前兩種的折衷考慮。它在頻率含量最豐富的3次諧波含量衰減很小，在接近帶寬的頻段的相位信息沒(méi)有失真。這對(duì)于串行信號(hào)測(cè)量是非常完美的幅頻特性曲線。
下面圖9是用力科采樣示波器WE100H測(cè)量的5Gbps眼圖，因?yàn)椴蓸?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/示波器帶">示波器帶寬高，噪音小，A/D位數(shù)高，可作為周期重復(fù)性信號(hào)的眼圖測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。 圖10是用力科SDA1100測(cè)量的5Gbps眼圖。 圖11是用其它品牌的12GHz示波器測(cè)量的5Gbps眼圖。一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，12GHz帶寬測(cè)量的眼圖有“花生眼”出現(xiàn)。圖12可以一目了然揭示出“花生眼”產(chǎn)生的原因，5Gbps串行信號(hào)的三次諧波是7.5GHz，高斯響應(yīng)曲線在3次諧波處的衰減很大。
圖8，示波器實(shí)際的波特圖真相
圖12，不同幅頻特性曲線的對(duì)比
我們知道，帶寬的限制對(duì)信號(hào)的捕獲會(huì)帶來(lái)下面的影響：1，使被測(cè)信號(hào)的上升沿變緩。2，使信號(hào)的頻率分量減少。3，使信號(hào)的相位失真。 那么，“對(duì)于5MHz的時(shí)鐘信號(hào)，需要用多少帶寬的示波器來(lái)測(cè)量？” 這是我在培訓(xùn)時(shí)常問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題。我很少能得到令我滿意的答案，很少有工程師反問(wèn)我：“這5MHz的時(shí)鐘信號(hào)是方波還是正弦波，如果是方波，其上升時(shí)間是多少？” 我常得到的回答是，“100MHz帶寬就足夠了，示波器帶寬通常是被測(cè)信號(hào)頻率的3-5倍，100MHz余量很大了。” 圖13顯示了5MHz的方波信號(hào)在不同帶寬時(shí)測(cè)試出的波形。其中，M1和M2是分別在6GHz和1GHz時(shí)波形，C3是帶寬限制到200MHz的測(cè)試結(jié)果。 圖14顯示在帶寬限制到200MHz時(shí)測(cè)量出的5MHz的上升時(shí)間均值為本1.70357ns，而圖15顯示的是在6GHz帶寬時(shí)的上升時(shí)間為873.87ps。這表明，對(duì)于 5MHz的時(shí)鐘，因?yàn)槠渖仙龝r(shí)間比較快，最好用1GHz以上帶寬的示波器來(lái)測(cè)量其上升時(shí)間，200MHz時(shí)其上升沿變緩; 1GHz帶寬和6GHz帶寬對(duì)于測(cè)試800ps的上升時(shí)間結(jié)果幾乎一樣。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201702/338182.htm
對(duì)于USB2.0信號(hào)的測(cè)試，需要多少帶寬？ 對(duì)于PCI-E G2信號(hào)的測(cè)試需要多少帶寬？ 對(duì)于電源測(cè)試，需要多少帶寬？ 對(duì)于1000Base-T信號(hào)的測(cè)試，需要多少帶寬？對(duì)于10Gbps的背板測(cè)試，需要多少帶寬？ …… 我們常要回答這些問(wèn)題。 下面的三條規(guī)則就是我們的回答。
1， 首先取決于您需要測(cè)試的信號(hào)類型及您希望的測(cè)試準(zhǔn)確度。
2， 對(duì)方波信號(hào)，最重要的因素是上升時(shí)間。 任何一方波信號(hào)都可以通過(guò)傅立葉變換分解成N次的諧波能量之和。N等于多少時(shí)，被測(cè)信號(hào)的能量就接近為零？ 這取決于上升時(shí)間！這在Peter的白皮書中也有非常詳細(xì)討論。
3， 對(duì)串行數(shù)據(jù)信號(hào)而言，數(shù)據(jù)比特率和上升時(shí)間是最重要的兩個(gè)因素。有一個(gè)非常好的評(píng)估準(zhǔn)則是：示波器的帶寬 > 1.8 X 信號(hào)比特率. 在這個(gè)準(zhǔn)則下，如果被測(cè)信號(hào)的上升時(shí)間>20%UI,那么1.8關(guān)系的帶寬能捕獲信號(hào)能量的99%. 下面的圖表給出了不同的上升時(shí)間和帶寬之間的關(guān)系。
圖13，5MHz時(shí)鐘信號(hào)在6GHz、1GHz和200MHz等不同帶寬時(shí)的測(cè)試波形對(duì)比
圖14，帶寬限制到200MHz時(shí)測(cè)量5MHz時(shí)鐘上升時(shí)間
圖15，6GHz帶寬時(shí)測(cè)量5MHz時(shí)鐘上升時(shí)間
基于上面的原則，我們就很好理解為什么有些客戶會(huì)用6GHz的示波器測(cè)試100MHz的時(shí)鐘，但又用6GHz的示波器測(cè)試3.125Gbps的XAUI信號(hào)。 請(qǐng)大家忘記所謂的3-5倍這個(gè)關(guān)系，太不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_(dá)了！
評(píng)論