示波器带宽越高越好么.PDF

示波器的带宽越高越好么？ 示波器的带宽越高越好么？ 汪进进 深圳市鼎阳科技有限公司 1 示波器的带宽越高越好么？ 示波器的带宽越高越好吗? 汪进进 深圳市鼎阳科技有限公司 “示波器的带宽当然是越高越好”。这句话从某种意义上是正确的：带宽越高，意味能够准确测量被测 信号的带宽越高，价值越大，也越值钱。但是，从使用角度来说，带宽越高未必越好。 1. 感兴趣的信号的上升时间是带宽选择的关键因素 示波器带宽的理论虽然极其简单，但在具体购买和使用示波器的过程中到底该怎么选择带宽，却是个 没有统一答案的复杂问题，经常被讨论。从事示波器的销售人员会发现，其实每天都要和用户谈这个话题。 经常被讨论是因为示波器带宽的选择是相对的，它取决于感兴趣的信号的类型以及测量准确度的要求。 任何信号都可以分解成无数次谐波的叠加。从频域来理解，带宽选择的总原则是：带宽能覆盖被测信 号各次谐波 99.9% 的能量就足够了。带宽难以选择的根源就在于：我们不能直观地知道被测信号能量的 99.9%对应的带宽是多少。感兴趣的信号的能量主要取决于上升沿的快慢，上升沿越陡，信号包含的高次谐 波含量越丰富，带宽就要越高。因此感兴趣的信号的上升时间是关键因素。 强调是感兴趣的信号，因为很多时候我们关心的是方波信号的尖峰毛刺而不仅仅是方波信号的整体的 上升时间。譬如电源开关管MOSFET 的Vds 信号的上升时间高达 100ns，但是感兴趣的尖峰信号的上升时 间可能只有5ns，甚至更小。 2. 带宽和示波器本身的上升时间之间的关系 示波器本身存在上升时间。示波器的上升时间可定义为示波器阶跃响应的时间，如图 1 所示，对于上 升沿无限快的阶跃信号经过RC 低通滤波器之后，其上升沿变缓。RC 低通滤波器是示波器放大器的等效简 化分析模型。从RC 模型来理解，电容的存在必然导致上升沿变缓。 图1 上升时间是示波器阶跃响应的时间 2 示波器的带宽越高越好么？ 示波器的上升时间和带宽存在反比的关系，上升时间和带宽的乘积是一个常数，使用RC 电路模型可以 推导出这个常数是0.35 。 基于图1 的模型可以推导出这个0.35 常数。 根据RC 电路模型得出输出电压和输入电压之间的关系式(1)如下。该关系式是一个高斯函数。 上升时间一般定义为信号幅值的10%-90%之间的时间。 关系式（2 ）对于一般的理论分析是有用的，但不能根据这个关系式计算的结果标定为示波器真实的上 升时间。因为示波器的真实的放大器并不会是简单的RC 模型，而是更加复杂些，还取决于示波器幅频特性 曲线的形状，特别是幅频特性曲线的下降部分“尾部”的滚降系数(Roll-Off Rate) 。示波器本身的上升时间 是通过计量得到的。 3. 被测信号真实的上升时间和示波器测量到的上升时间之间的关系 因为示波器本身存在着上升时间，示波器测量到的上升时间也就是示波器屏幕上显示的上升时间并不 等于被测信号真实的上升时间。它们之间存在着另外一个非常著名的关系式(3)，如下。 图2 示波器测量上升时间的通用模型 在参考文献[1]中给出了示波器测量上升时间的通用模型，如图 2 所示，并对关系式（3）的推导给出 说明： 示波器测量上升时间时可视为一个线性级联系统。据信号与系统的相关结论可知: 级联系统的冲激响 应等于组成级联系统的各子系统冲激响应的卷积( convolution)。 对多个冲激响应求卷积是其方差 3 示波器的带宽越高越好么？ ( variance)相加。 方差是标准偏差( standard