示波器的帶寬
加入技術交流群
Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2+(tr probe)2
圖6，示波器上升時間和帶寬的關系
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”。
關于帶寬的更深入討論，我們需要談到示波器前端放大器幅頻特性的平坦度和滾降特性。力科的一
篇技術白皮書中對此有非常詳細的解釋。 http://www.lecroy.com/tm/Library/WhitePapers/PDF/Eye_Patterns_in_Scopes-designcon_2005.pdf
現(xiàn)在業(yè)界有三種幅頻特性曲線，分別代表了三個品牌:Gaussian( 泰克）, 4th oder Bessel (力科)和Maximally Flat（安捷倫）。
Gaussian響應在-3dB之后仍衰減很慢。其優(yōu)點是允許被測信號的更高頻率成分的諧波能量通過放大器（這是假定其有采樣率遠超過 Nyquist），對于特別快的快沿測量有幫助。其缺點是在低頻段使被測信號嚴重衰減，特別是對3次諧波的衰減嚴重，導致眼圖測量中產(chǎn)生"花生眼"。
Maximally Flat響應或者說矩形響應似乎是最接近我們教科書上對幅頻特性的定義。但幅頻特性接近理想狀況并不意味著是最適合用于示波器的放大器前端。 其對于帶寬范圍內的正弦波測量有優(yōu)勢，但由于實際測量信號多是方波信號，矩形響應對于超過帶寬范圍內的高次諧波完全消除掉，會帶來嚴重的相位失真。假想您購買的1GHz示波器是用于200MHz的信號測量，矩形響應會將５次諧波以上的能量完全消除掉。這對于上升沿比較快的脈沖信號測量是有問題的?！ ?br />力科的 4th oder Bessel 響應曲線是對前兩種的折衷考慮。它在頻率含量最豐富的3次諧波含量衰減很小，在接近帶寬的頻段的相位信息沒有失真。這對于串行信號測量是非常完美的幅頻特性曲線。
下面圖9是用力科采樣示波器WE100H測量的5Gbps眼圖，因為采樣示波器帶寬高，噪音小，A/D位數(shù)高，可作為周期重復性信號的眼圖測量的標準。圖10是用力科SDA1100測量的5Gbps眼圖。 圖11是用其它品牌的12GHz示波器測量的5Gbps眼圖。一個有趣的現(xiàn)象是，12GHz帶寬測量的眼圖有“花生眼”出現(xiàn)。圖12可以一目了然揭示出“花生眼”產(chǎn)生的原因，5Gbps串行信號的三次諧波是7.5GHz，高斯響應曲線在3次諧波處的衰減很大。
圖12，不同幅頻特性曲線的對比
我們知道，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？” 這是我在培訓時常問的一個問題。我很少能得到令我滿意的答案，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？” 我常得到的回答是，“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。” 圖13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。
評論