關(guān)于示波器的帶寬

帶寬被稱為示波器的*指標(biāo)，也是示波器zui值錢的指標(biāo),。示波器市場的劃分常以帶寬作為首要依據(jù),，工程師在選擇示波器的時(shí)候，首先要確定的也是帶寬,。在銷售過程中,，關(guān)于帶寬的故事也特別多。

通常談到的帶寬沒有特別說明是指示波器模擬前端放大器的帶寬,，也就是常說的-3dB截止頻率點(diǎn),。此外，還有數(shù)字帶寬,，觸發(fā)帶寬的概念,。

我們常說數(shù)字示波器有五大功能，即捕獲（Capture）,，觀察（View）,，測量（Measurment）,，分析（Analyse）和歸檔（Document）。這五大功能組成的原理框圖如圖1所示,。



圖1,，數(shù)字示波器的原理框圖

捕獲部分主要是由三顆芯片和一個(gè)電路組成,，即放大器芯片,，A/D芯片，存儲(chǔ)器芯片和觸發(fā)器電路,，原理框圖如下圖2所示,。被測信號(hào)首先經(jīng)過探頭和放大器及歸一化后成ADC可以接收的電壓范圍，采樣和保持電路按固定采樣率將信號(hào)分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的采樣電平,，ADC將這些電平轉(zhuǎn)化成數(shù)字的采樣點(diǎn),，這些數(shù)字采樣點(diǎn)保存在采集存儲(chǔ)器里送顯示和測量分析處理。

 

圖2,，示波器捕獲電路原理框圖

示波器放大器的典型電路如圖3所示,。這個(gè)電路在模擬電路的教科書上處處可見。這種放大器可以等效為RC低通濾波器如圖4所示,。由此等效電路推導(dǎo)出輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系,，得出理想的幅頻特性的波特圖如圖5所示。

 

圖3,，放大器的典型電路

圖4,，放大器的等效電路模型

 

至此，我們知道帶寬f2即輸出電壓降低到輸入電壓70.7%時(shí)的頻率點(diǎn),。根據(jù)放大器的等效模型,，我們可進(jìn)一步推導(dǎo)示波器的上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系式，即我們常提到的0.35的關(guān)系：上升時(shí)間=0.35/帶寬,，推導(dǎo)過程如下圖6所示,。需要說明的是，0.35是基于高斯響應(yīng)的理論值,，實(shí)際測量系統(tǒng)中這個(gè)數(shù)值往往介于0.35-0.45之間,。在示波器的datasheet上都會(huì)標(biāo)明“上升時(shí)間”指標(biāo)。示波器測量出來的上升時(shí)間與真實(shí)的上升時(shí)間之間存在下面的關(guān)系式,。在對快沿信號(hào)測試中,，需要通過該關(guān)系式來修正實(shí)際被測信號(hào)的上升時(shí)間。

Measured risetime（tr）2 = （tr signal）2+（tr scope）2+（tr probe）2

 

示波器前端放大器幅頻特性的波特圖是新示波器發(fā)布的“出生證”,。示波器每年需要進(jìn)行校準(zhǔn),，波特圖是*需要校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。示波器波特圖的測量方法如圖7所示,。信號(hào)源從10MHz頻率開始逐漸遞增發(fā)送一定幅值的正弦波送到功分器,，功分器將輸入的信號(hào)能量等分為二后通過等長的線纜分別送到示波器和功率計(jì),。功分器和線纜是無源器件，可以嚴(yán)格定標(biāo),，信號(hào)源本身的幅頻特性不可以作為定標(biāo)儀器,，需要通過功率計(jì)實(shí)測的能量來作為示波器的輸入幅值的定標(biāo)值。有時(shí)候客戶會(huì)對示波器的波特圖很感興趣,，直接用信號(hào)源連接到示波器來評估示波器的波特圖,，在帶寬超過1GHz時(shí)這種方法是很不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｐ枰霉β视?jì)來作為定標(biāo)工具,！2006年二月份的EDN雜志中有文章介紹,。http://www.edn.com/article/CA6305348.html#Calibrating

此外，在計(jì)量波特圖時(shí)需要對示波器每個(gè)檔位都進(jìn)行計(jì)量,，zui終產(chǎn)生的波特圖是所有檔位的結(jié)果疊加在一起的,。波特圖的計(jì)量是需要半天時(shí)間完成的，并不是想象中那么輕松的工作,。如圖8所示是力科SDA9000的波特圖,，我特地將Excel中大量數(shù)據(jù)顯示給大家以使大家對校準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性有深刻認(rèn)識(shí)。其垂直軸是-1dB/div,，疊加了10mv/div,、20mv/div、50mv/div,、200mv/div,、500mv/div、1v/div等檔位的測試結(jié)果,。很多時(shí)候,，我們的競爭對手會(huì)把他們的波特圖畫成-10dB/div、只有一個(gè)檔位的測試結(jié)果拿給客戶,，并和力科提供的這種-1dB/div,、各種檔位疊在一起顯示的結(jié)果放在一起進(jìn)行對比，然后他們告訴客戶,，他們的波特圖更平坦,，更干凈，甚至將力科波特圖上面密密麻麻的點(diǎn)說成是“噪音”大,。這是有點(diǎn)貽笑天下的,。競爭對手敢于一再采用這種做法，這是假設(shè)中國的工程師都沒有辨別力,，獨(dú)立思考能力,，是對工程師嚴(yán)重不尊重的公然欺騙行為。希望能引起大家注意,。

 

圖7,，示波器波特圖的計(jì)量方法