示波器测量方波一般需要3至5倍于信号频率的带宽，那在测量正弦波的时候要多少倍于原来信号频率的带宽呢？

时间： 2023-12-30 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

有人说观察方波，示波器的带宽应是基波频率的3倍，有的说5倍，有的说7倍，到底应该是几倍？

选择示波器的关键技术指标之一是示波器的带宽。示波器带宽什么意思？

示波器带宽，通常是指正弦波信号被衰减至信号-3dB功率时的频率，即3dB带宽。

决定因素：由前端放大器等模拟器件的特性决定
参数定义：放大器增益下降到-3dB对应的频点称为带宽

举个例子，即1GHz，1V的正弦波，通过1GHz示波器观察到的信号为1GHz，0.707V，如下图所示。

如果信号为正弦波，没有影响，我们选择同带宽的示波器即可。但对于更广泛应用的方波信号，我们就需要做一些小的处理，才能让带宽这个参数更方便应用。

方波的组成

正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。

方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越多，波形越近似方波。

示波器带宽对数字信号的影响

如果直接使用同样带宽的示波器测试方波，会出现如下图中的情况：方波被“剥削”，得到了近似正弦波的测试结果。这也是我们为什么经常看到高速的时钟信号接到示波器上一看像是正弦波，其实它应该是方波。

在使用示波器时，您希望它能准确捕获信号的真正上升沿。这一功能主要由带宽实现。只有拥有足够的带宽，才能准确捕获信号。如果带宽不足，您会错过关键的信号细节，结果做出错误的设计假设。

工程师们通常认为测量 100 MHz 信号只需要 100 MHz 带宽，但事实并非如此。

转折频率

数字信号的能量绝大部分集中在转折频率(Fknee*) 以下，这个转折频率也称为数字信号的带宽BWsignal

BWsignal=0.5/Tr Tr为10%到90%的上升沿时间
BWsignal=0.4/Tr Tr为20%到80%的上升沿时间

带宽确定实例

如何确定测试HDMI1.4 所需示波器的带宽？

•根据规范，信号上升时间为75ps

•信号带宽Fmax = 0.4/0.075n = 5.33GHz

•示波器的带宽BW = 1.4 *Fmax = 7.47GHz

你算對了嘛？

关于示波器带宽，我们的建议是：

选择的示波器带宽要比器件中的最快频率或时钟速率高 5 倍

大多数带宽为 1GHz 及以下的示波器都有高斯频率响应，如图 2 所示。这是一种低通频率响应，在较高频率下会发生衰减。

图 2 中的 fBW 点为仪器带宽，也称为 -3 dB 点。-3 dB 点指的是信号开始衰减 -3 dB 的频率点，换言之，此时您可以在测量结果中看到 -30% 的幅度误差。

例如，您将一个 1 Vpp、20 MHz 信号输入到 100 MHz 示波器中。您在示波器屏幕上看到的峰峰值测量结果应当为 1 Vpp。然而，如果您将该信号的频率提高到 100 MHz，并使用同一台 100 MHz 示波器来测量，那么现在看到的 1 Vpp 信号的测量结果为 0.7 Vpp。这是因为您达到了示波器的最大带宽，该带宽将信号衰减了 -30%，并使得所有测量值产生偏斜。

知道这一点后，您就很清楚为什么无法在接近示波器带宽的频率下进行精确测量。因此，请确保您有足够的带宽来查看真实信号。

带宽不足不仅会影响您对完美正弦波进行峰峰值测量，在测量更复杂的信号（例如查看方波的真正上升沿）时，测量精度也会受到限制。这与谐波有关。最简单的呈现方法是将信号的谐波分解出来。

在图 3 中，黄色迹线显示了原始的真实信号，这个信号用作参考信号。如果仔细查看每一个谐波，您会看到一次谐波（绿色迹线）的周期和占空比跟原始信号相同，但其上升沿较慢，拐角更圆滑。而在捕获一、三和五次谐波（红色迹线）时，您可以看到波形的拐角更锐利，显露出更多的信号细节。

在图 4 的测量示例中，您可以看到，使用足够的带宽进行测量，结果会出现巨大差异。以同一个 100 MHz 时钟信号为例，左边使用 100 MHz 带宽示波器进行测量，右边使用 500MHz 带宽示波器进行测量。使用 500 MHz 示波器的话，带宽正好是信号频率的 5 倍，因此您可以准确地查看上升沿和下降沿。

理想情况下，您希望至少要捕获到五次谐波才能得到所需的全部信号细节。遵循 5 倍带宽的建议通常可以胜任这样的测量。然而，我们还有更准确的方法来确定所需的带宽。

我们来总结一下如何选择正确的示波器带宽：
1. 对于数字信号，使用的带宽至少是基频的 5 倍。
2. 要捕获更快的上升时间，您可能需要更高的带宽。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由FY转载自是德科技 Keysight Technologies知乎，原文标题为:示波器测量方波一般需要3--5倍于信号频率的带宽，那在测量正弦波的时候要多少倍于原来信号频率的带宽呢？，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。