精確測脈沖，示波器帶寬要多高？

一波未平，一波又起。又有用戶(hù)來(lái)投訴示波器和波形發(fā)生器這一對夫妻了：“我新買(mǎi)了33250A，用它輸出50MHz的脈沖，怎么示波器觀(guān)察像正弦波啊?你這臺33250A有問(wèn)題吧?但如果把信號改為10MHz的方波，就看上去是非常好的脈沖”。這位用戶(hù)投訴的33250A，是安捷倫80MHz的函數和任意波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生可變上升沿的50MHz的脈沖。上升和下降沿小于5ns.

我們首先按照常理回答這個(gè)用戶(hù)：“一般用戶(hù)理解脈沖，通常是方方正正的，但這是不可能的，因為這需要無(wú)窮快的上升沿，這這就意味這信號帶寬無(wú)窮大，不僅難以實(shí)現，而且會(huì )帶來(lái)更多的電磁輻射問(wèn)題。因此，如果示波器測量出這個(gè)方波的上升沿不于5ns，就應該沒(méi)問(wèn)題。”但用戶(hù)隨后跟了一句：“我測了上升沿，可不止5ns”。

在我們脫口而出“要不你送我們維修部檢查一下”之前，我隨口問(wèn)了一句：“你用的示波器帶寬是多少”。用戶(hù)很堅定地回答：“100MHz，測這個(gè)50MHz的信號沒(méi)問(wèn)題”

這就是問(wèn)題了。實(shí)際上，一臺100MHz帶寬的示波器對33250A50MHz的脈沖進(jìn)行測試，即使采樣率再高，測試5ns上升沿的50MHz脈沖，顯然是不夠的。

首先脈沖波是一個(gè)頻譜分量眾多的信號，其包括了基波和高次諧波。這樣，信號的帶寬不是有頻率決定的，而是上升沿。所以脈沖信號的帶寬要高于信號的實(shí)際頻率。而示波器的帶寬是有限的，所以使用示波器觀(guān)察脈沖時(shí)，如果帶寬不夠，看起來(lái)就像一個(gè)正弦波。如下圖：

相比于被測信號，示波器的帶寬越大，脈沖信號的高次諧波分量越容易被抓到，信號就越不會(huì )失真。

可以通過(guò)以下方法估算測試信號的帶寬，已經(jīng)需要多大帶寬的示波器來(lái)測量：

l根據信號的最快上升沿時(shí)間t (信號從10%~90%的閾值時(shí)間)，計算信號的實(shí)際帶寬：信號帶寬(BWsignal)=0.35/t.這就說(shuō)是信號中絕大多數信號頻譜分量分布的帶寬。以33250A的輸出脈沖為例，t=5ns，信號帶寬(BWsignal)=70MHz

l根據測量精度的要求，選擇合適帶寬的示波器。用不同帶寬示波器測量信號，會(huì )得到不同的誤差。通常用以下方法估算測量誤差：

以33250A為例， 50MHz 脈沖的帶寬是70MHz， 如果希望測量誤差小于2%，就需要示波器的帶寬必須5倍于信號的帶寬，即350HMz 帶寬。

一句話(huà)，脈沖波帶寬取決于上升沿;要根據測量精度要求，來(lái)選用合適帶寬的示波器。