数字示波器的原理大全.pdf

关于示波器的带宽 汪进进 美国力科公司深圳代表处 带宽被称为示波器的第一指标，也是示波器最值钱的指标。 示波器市场的划分常以带宽作为首要依 据，工程师在选择示波器的时候，首先要确定的也是带宽。在销售过程中，关于带宽的故事也特别多。 通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽，也就是常说的-3dB截止频率点。 此 外，还有数字带宽，触发带宽的概念。 我们常说数字示波器有五大功能，即捕获（Capture），观察（View），测量(Measurement)，分析 （Analyse）和归档（Document）。 这五大功能组成的原理框图如图1所示。 图1，数字示波器的原理框图 捕获部分主要是由三颗芯片和一个电路组成，即放大器芯片，A/D芯片，存储器芯片和触发器电路， 原理框图如下图 2 所示。被测信号首先经过探头和放大器及归一化后转换成 ADC 可以接收的电压范围，采 样和保持电路按固定采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC 将这些电平转化成数字的采样点， 这些数字采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析处理。 图2，示波器捕获电路原理框图 示波器放大器的典型电路如图 3 所示。这个电路在模拟电路教科书中处处可见。这种放大器可以等效 为 RC 低通滤波器如图 4 所示。 由此等效电路推导出输出电压和输入电压的关系，得出理想的幅频特性的 波特图如图5 所示。 图3，放大器的典型电路 图4，放大器的等效电路模型 图5，放大器的理想波特图 至此，我们知道带宽 f2 即输出电压降低到输入电压 70.7%时的频率点。 根据放大器的等效模型，我 们可进一步推导示波器的上升时间和带宽的关系式，即我们常提到的0.35的关系：上升时间=0.35/带宽， 推导过程如下图 6 所示。 需要说明的是，0.35 是基于高斯响应的理论值，实际测量系统中这个数值往往 介于0.35-0.45之间。在示波器的datasheet上都会标明“上升时间”指标。 示波器测量出来的上升时间 与真实的上升时间之间存在下面的关系式。 在对快沿信号测试中，需要通过该关系式来修正实际被测信号 的上升时间。 Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2+(tr probe)2 图6，示波器上升时间和带宽的关系 示波器前端放大器幅频特性的波特图是新示波器发布的“出生证”。 示波器每年需要进行校准，波特 图是第一需要校准的数据。示波器波特图的测量方法如图7所示。 信号源从10MHz频率开始逐渐递增发送 一定幅值的正弦波送到功分器，功分器将输入的信号能量等分为二后通过等长的线缆分别送到示波器和功 率计。 功分器和线缆是无源器件，可以严格定标，信号源本身的