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【转载】为了精确捕捉信号,我们需要多大带宽的示波器?

(2012-08-28 11:07:04)
标签:

示波器

杂谈

分类: 示波器

如果你输入一个100MHz、1V峰峰值的正弦波到一个带宽为100MHz的示波器中,你将在屏幕上看到什么呢?你仍会看到100MHz的正弦波,但是幅值不再是1V。实际测量到的幅值大约700mVpp。这是因为示波器的额定带宽是它的3dB频响滚降点,就像是一个低通滤波器额定带宽。这意味着任何信号的频率分量为示波器最大频率点时,都将衰减3dB或30%。如果非正弦信号的频率接近示波器的带宽上限,结果甚至更糟糕。这是因为信号的大部分频率分量会被过滤掉。下图分别展示了一个100MHz示波器和500MHz示波器测量同一个100MHz的数字时钟信号。

 

http://s9/middle/a55da4c6gc84f38901c28&690

100 MHz示波器测量100 MHz 数字时钟

http://s16/middle/a55da4c6gc84f462c56ff&690

 

500 MHz 示波器测量100 MHz 数字时钟

在100MHz示波器的截图中,你能看到除了中心频率外数字方波的其他频率分量都被衰减掉了。在下面的500MHz示波器的截图中我们看到一个更好更真实的时钟信号。当你需要确定示波器多少带宽才能精确地捕获一个信号时,下面是非常好的经验法则。

· 对于模拟信号,示波器的带宽至少是信号中心频率的3倍以上。

· 对于方波和脉冲类型的波形来说,选择示波器的带宽至少是中心频率的5倍左右。这将确保你能捕获到5倍信号的谐波。

 

示波器在其最高频率点上有两种通用类型的频响:高斯响应和平坦响应。如下图显示:

http://s7/middle/a55da4c6g7a6e561f89d6&690

通常来说1GHz及以下带宽的示波器是高斯响应,而高带宽的示波器通常是平坦响应的。了解了示波器的响应类型后,可以用精确的计算公式帮你去决定测量一个数字信号所需的示波器带宽。第一步是确定被测信号的最大频率分量。我们将此频率分量叫做fknee。关于这个问题,Howard W. Johnson博士曾写了一本名为《High-speed Digital Design – A Handbook of Black Magic》的书。所有的快速上升沿都有无限的频谱分量。然而,在快速边沿信号的频谱中有一个拐点,频谱分量比这个拐点频率fknee高的部分对于定义一个信号的形状无关紧要。对于一个以10%到90%阈值为上升沿时间的数字信号,fknee 等于0.5除以信号的上升沿时间。

fKnee = 0.5/RT (10% - 90%)

接下来是确定测量该信号所需的示波器带宽。下面的表格显示了高斯响应和平坦响应在不同精度要求下的乘积因子。

 http://s3/middle/a55da4c6gc84f6033cd42&690

这个计算无关信号的频率和时钟频率,只和上升时间有关。让我们举个例子来看看:用高斯响应的示波器测试1ns上升时间的信号,要求3%或更好的精度。使用上面的“fknee”计算公式,最大的频率分量(fknee)是500Mhz。根据上面的表格,为了达到3%以上的精度,我们需要至少950MHz的示波器。可见我们之前例子中,时钟频率是100MHz还是500MHz并没有关系,上升沿时间才是决定所需带宽的因素。

 

最后,不要忘记确认你用来连接信号的线缆或探头的带宽。

 

点击这里查看安捷伦示波器选择指南。

 

英文原文: http://gpete-neil.blogspot.com/2011/10/determining-how-much-oscilloscope.html

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