示波器帶寬的重要性

發(fā)布時間:2023-12-27
帶寬決定著示波器測量信號的基本能力。在信號頻率提高時,示波器準確顯示信號的能力會下降,帶寬這個指標表明了示波器能夠準確測量的頻率范圍。
如果沒有充足的帶寬,示波器將不能解析高頻變化,幅度將失真,邊沿將消失,細節(jié)將丟失。如果沒有充足的帶寬,示波器的所有功能和浮華都沒有任何意義。
任何信號都可以分解成無數(shù)次諧波的疊加,從頻域來理解,帶寬選擇的總原則是:帶寬能覆蓋被測信號各次諧波的99.9%的能量就足夠了。帶寬選擇的根源就在于:我們不能直觀地知道被測信號能量的99.9%對應的帶寬是多少。
“示波器的帶寬當然是越高越好”這句話從某種意義上是正確的:帶寬越高,意味著能夠準確測量被測信號的帶寬越高,可能實現(xiàn)的信號復現(xiàn)精度就越高;示波器的帶寬越高,那么示波器的上升時間越小,測量出上升時間的準確度越高。但是帶寬越高,價值越大,也越值錢。另外從使用角度來說,帶寬越高未必越好。
在不確定信號分解到第n次諧波的時候能量衰減到99.9%,在選擇和使用示波器時可以留下足夠的帶寬裕量,但是帶寬過高會造成一個嚴重問題是:引入的噪聲能量超過了同等帶寬范圍內(nèi)的信號的自身的能量,也會導致測量結(jié)果不準確,這就是測量中反復要提及的信噪比(snr)問題。
假如使用500mhz的示波器能覆蓋被測信號99.9%的能量,測量精度可以達到5%以內(nèi),但是我們偏要使用1ghz的示波器,那么在500mhz~1ghz頻率范圍內(nèi)引入的噪聲能量遠遠大于500mhz~1ghz范圍內(nèi)覆蓋的被測信號剩下的0.1%的能量,測量的結(jié)果在時域上就表現(xiàn)為波形上疊加了很多高頻成分的隨機噪聲,影響到一些參數(shù)的測量結(jié)果,因此反而使用500mhz測量的結(jié)果更準確!這就是為什么在測量電源紋波時候,我們要將帶寬限制為20mhz。
在數(shù)字領域中,上升時間測量至關重要。在預計測量數(shù)字信號時,如脈沖和階躍,上升時間可能是更適合的性能考慮因素。示波器必須有充足的上升時間,才能準確捕獲迅速跳變的細節(jié),示波器上升時間越快,捕獲快速跳變關鍵細節(jié)的精度越高。上升時間描述了示波器的實用頻率范圍。在某些應用中,可能只知道信號的上升時間,有一個常數(shù),可以把示波器的帶寬和上升時間關聯(lián)起來:帶寬=k/上升時間
其中k是位于0.35和0.45之間的值,具體視示波器頻響曲線形狀和脈沖上升時間響應的形狀而定。帶寬<1ghz的示波器的k值一般為0.35,帶寬>1ghz的示波器的k值一般為0.40和0.45之間。
為確定準確檢定待定應用中信號幅度所需的示波器帶寬,應采用5倍法則,即示波器帶寬≧信號的最高頻率成分x5
使用5倍法則選擇的示波器將在測量中提供小于±2%的誤差,這對當前應用一般足夠了。但是隨著信號速度的提高,這一經(jīng)驗法則可能實現(xiàn)不了。
某些示波器通過數(shù)字信號處理,提供了一種增強帶寬的方法??梢允褂胐sp任意均衡濾波器,改善示波器通道響應。這個濾波器擴大了帶寬,使示波器通道頻響平坦化,改善相位線性度,在通道之間實現(xiàn)更好的匹配程度。它還降低了上升時間,改善了時域階躍響應。
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