經(jīng)常使用示波器的人都知道帶寬被稱為示波器的第一指標，也是示波器最值錢的指標。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候，首先要確定的也是帶寬。那么真的了解示波器的帶寬嗎？

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。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

示波器捕獲部分主要是由三顆芯片和一個電路組成，即放大器芯片，A/D芯片，存儲器芯片和觸發(fā)器電路，原理框圖如下圖2所示。被測信號首先經(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分割成一個個獨立的采樣電平，ADC將這些電平轉化成數(shù)字的采樣點，這些數(shù)字采樣點保存在采集存儲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。由此等效電路推導出輸出電壓和輸入電壓的關系，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

從以上電路中我們了解到帶寬f2即輸出電壓降低到輸入電壓70.7%時的頻率點。根據(jù)放大器的等效模型，我們可進一步推導示波器的上升時間和帶寬的關系式，即我們常提到的0.35的關系：上升時間=0.35/帶寬，推導過程如下圖6所示。需要說明的是，0.35是基于高斯響應的理論值，實際測量系統(tǒng)中這個數(shù)值往往介于0.35-0.45之間。在示波器的datasheet上都會標明“上升時間”指標。示波器測量出來的上升時間與真實的上升時間之間存在下面的關系式。在對快沿信號測試中，需要通過該關系式來修正實際被測信號的上升時間。

Measuredrisetime（tr）2=（trsignal）2+（trscope）2+（trprobe）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”。示波器每年需要進行校準，波特圖是第一需要校準的數(shù)據(jù)。示波器波特圖的測量方法如圖7所示。信號源從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。功分器和線纜是無源器件，可以嚴格定標，信號源本身的幅頻特性不可以作為定標儀器，需要通過功率計實測的能量來作為示波器的輸入幅值的定標值。有的人會對示波器的波特圖很感興趣，直接用信號源連接到示波器來評估示波器的波特圖，在帶寬超過1GHz時這種方法是很不嚴謹?shù)?。需要用功率計來作為定標工具?/p>

此外，在計量波特圖時需要對示波器每個檔位都進行計量，最終產生的波特圖是所有檔位的結果疊加在一起的。波特圖的計量是需要半天時間完成的，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。

［size=1.1］其垂直軸是-1dB/div，疊加了10mv/div、20mv/div、50mv/div、200mv/div、500mv/div、1v/div等檔位的測試結果。很多時候，某些廠商惡意競爭會把他們的波特圖畫成-10dB/div、只有一個檔位的測試結果拿給客戶，并和力科提供的這種-1dB/div、各種檔位疊在一起顯示的結果放在一起進行對比，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說成是“噪音”大。這是有點貽笑天下的。

圖7 示波器波特圖的計量方法

圖8 示波器實際的波特圖真相

帶寬的限制對信號的捕獲會帶來下面的影響：

1、使被測信號的上升沿變緩。

2、使信號的頻率分量減少。

3、使信號的相位失真。那么，“對于5MHz的時鐘信號，需要用多少帶寬的示波器來測量”？很多人都回答的不是嚴謹，因為很少有工程師反問我：“這5MHz的時鐘信號是方波還是正弦波，如果是方波，其上升時間是多少”。我常得到的回答：“100MHz帶寬就足夠了，示波器帶寬通常是被測信號頻率的3-5倍，100MHz余量很大了?！眻D13顯示了5MHz的方波信號在不同帶寬時測試出的波形。其中，M1和M2是分別在6GHz和1GHz時波形，C3是帶寬限制到200MHz的測試結果。圖14顯示在帶寬限制到200MHz時測量出的5MHz的上升時間均值為本1.70357ns，而圖15顯示的是在6GHz帶寬時的上升時間為873.87ps。這表明，對于5MHz的時鐘，因為其上升時間比較快，最好用1GHz以上帶寬的示波器來測量其上升時間，200MHz時其上升沿變緩;1GHz帶寬和6GHz帶寬對于測試800ps的上升時間結果幾乎一樣。

圖13 5MHz時鐘信號在6GHz、1GHz和200MHz等不同帶寬時的測試波形對比

圖14 帶寬限制到200MHz時測量5MHz時鐘上升時間

圖15 6GHz帶寬時測量5MHz時鐘上升時間

對于USB2.0信號的測試，需要多少帶寬？對于PCI-EG2信號的測試需要多少帶寬？對于電源測試，需要多少帶寬？對于1000Base-T信號的測試，需要多少帶寬？對于10Gbps的背板測試，需要多少帶寬？？等等，經(jīng)常有人會問到這些問題，那么遇到這種問題該怎么解答的呢？掌握下面的三條規(guī)則基本就可以全面解決：

1、首先取決于您需要測試的信號類型及您希望的測試準確度。

2、對方波信號，最重要的因素是上升時間。任何一方波信號都可以通過傅立葉變換分解成N次的諧波能量之和。N等于多少時，被測信號的能量就接近為零？這取決于上升時間！

3、對串行數(shù)據(jù)信號而言，數(shù)據(jù)比特率和上升時間是最重要的兩個因素。有一個非常好的評估準則是：

示波器的帶寬》1.8X信號比特率。在這個準則下，如果被測信號的上升時間》20%UI，那么1.8關系的帶寬能捕獲信號能量的99%.下面的圖表給出了不同的上升時間和帶寬之間的關系。

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