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深圳市深東金儀器有限公司
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關(guān)于 示波器 的帶寬

時(shí)間:2014/3/14閱讀:2181
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關(guān)于示波器的帶寬

帶寬被稱(chēng)為示波器的*指標(biāo),也是示波器zui值錢(qián)的指標(biāo)。示波器市場(chǎng)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(xiāo)售過(guò)程中,關(guān)于帶寬的故事也特別多。

通常談到的帶寬沒(méi)有特別說(shuō)明是指示波器模擬前端放大器的帶寬,也就是常說(shuō)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(shuō)數(shù)字示波器有五大功能,即捕獲(Capture),觀察(View),測(cè)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。

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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(cè)信號(hào)首先經(jīng)過(guò)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(cè)量分析處理。

 

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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(shū)上處處可見(jiàn)。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。

 

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圖3,放大器的典型電路

 

 

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圖4,放大器的等效電路模型

 

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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(guò)程如下圖6所示。需要說(shuō)明的是,0.35是基于高斯響應(yīng)的理論值,實(shí)際測(cè)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(cè)量出來(lái)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(duì)快沿信號(hào)測(cè)試中,需要通過(guò)該關(guān)系式來(lái)修正實(shí)際被測(cè)信號(hào)的上升時(shí)間。

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

 

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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(cè)量方法如圖7所示。信號(hào)源從10MHz頻率開(kāi)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(guò)等長(zhǎng)的線(xiàn)纜分別送到示波器和功率計(jì)。功分器和線(xiàn)纜是無(wú)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(guò)功率計(jì)實(shí)測(cè)的能量來(lái)作為示波器的輸入幅值的定標(biāo)值。有時(shí)候客戶(hù)會(huì)對(duì)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(lái)評(píng)估示波器的波特圖,在帶寬超過(guò)1GHz時(shí)這種方法是很不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹P枰霉β视?jì)來(lái)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(duì)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(duì)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(cè)試結(jié)果。很多時(shí)候,我們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手會(huì)把他們的波特圖畫(huà)成-10dB/div、只有一個(gè)檔位的測(cè)試結(jié)果拿給客戶(hù),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(duì)比,然后他們告訴客戶(hù),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(shuō)成是“噪音”大。這是有點(diǎn)貽笑天下的。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手敢于一再采用這種做法,這是假設(shè)中國(guó)的工程師都沒(méi)有辨別力,獨(dú)立思考能力,是對(duì)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。

 

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圖7,示波器波特圖的計(jì)量方法

 

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