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示波器天书- 信号带宽=0.35/上升时间 的由来(1)

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在4月25日的文章 精确测脉冲,示波器带宽要多高? 中,我谈到了信号的带宽是有上升沿Tr绝对的,信号的带宽 = 0.35/Tr。 有些网友读者想知道这个计算方法的根源。对此,我转载安捷伦一位资深的数字电路测试的应用工程师赵勇写的一篇文章,和大家一同分享。当然,这对我这位老赤脚医生来讲,就像是在看天书。由于篇幅的限制,这篇文章被分为了2部分


 

如何选择示波器带宽 - 安捷伦科技 赵勇

 

在考虑示波器测试信号,尤其是高速数字信号时,带宽通常是最重要的选择因素。示波器带宽会影响测试结果,其中最主要的是对高速数字信号上升时间的影响。

   
图一所示为数字示波器的结构图,信号由测试通道进入示波器后,会经过衰减电路和放大器做信号调理,以满足ADC采样电路的输入范围,经过ADC的数字化,信号采样点存储到示波器专用的存储器中,最后,离散的存储点经过内插以及显示处理,就可以观察被测波形。



   
其中,放大器部分在频域表现为低通特性,放大器的带宽决定了示波器的带宽。示波器带宽影响数字信号上升时间的测试结果,如图二所示,示波器带宽如果不够,数字信号的高次谐波分量被衰减,就会观察到失真的被测信号,被测信号的上升时间增大了。通常,工程师会选择示波器带宽大于被测数字信号的五次谐波,但更科学的方法是依据信号的上升时间计算所需要的示波器带宽。
 


 


图二 示波器带宽对被测信号的影响

   
首先,我们看一下示波器频响方式的区别,图三为高斯响应和平坦响应示波器不同的频率响应。如果同为1GHz带宽,采样率为4GSa/s的示波器,高斯响应示波器在带内具有更大的幅度测试误差。由于采样率的限制,在奈奎斯特频率2GHz以上,会出现混叠现象,而在同样的混叠频率,高斯响应由于混叠带来的测试误差会更大。换言之,在相同的测试误差下,高斯响应示波器与平坦响应示波器相比,需要更大的采样率。



图三 示波器的频响方式