示波器常見(jiàn)反應特性有哪些

示波器的反應特性會(huì )對信號的波形有所影響，并改變信號上升時(shí)間的計算。當Pentium4進(jìn)千兆赫時(shí)代后，SerialATA及PCIExpress等高速接口或總線(xiàn)也陸續超越了Gbps，選擇適當的探針當然是一件重要的事，但選擇合適的示波器也是不可欠缺的工作。

測量波形從輸入連接器經(jīng)過(guò)采樣和信號處理顯示在屏幕上，同時(shí)保存數據。一旦選擇了不適當的示波器，波形就可能變形。尤其在測量像PCIExpress高速串行接口的波形時(shí)，不僅要衡量采樣頻率及帶寬，還必須對示波器的反應特性有所認知。比如，在測量非常陡峭的信號變化時(shí)，會(huì )因為示波器反應特性的差異而有所不同。

反應系統分為兩大類(lèi)

示波器的反應特性泛指從輸入端的連接頭到畫(huà)面顯示整個(gè)測量系統的“傳遞特性”。通?？梢苑譃楦咚?GaussianResponse)型反應系統和磚墻(Brick-wallResponse)型反應系統兩大類(lèi)。磚墻型反應系統也稱(chēng)平坦反應型(FlatResponse)。

要區分或比較這兩類(lèi)系統的差異，最簡(jiǎn)單的方法就是看“-3dB頻率特性”及“步級(Step)波形的反應”這兩個(gè)基本參數。

常用的模擬示波器屬于高斯型反應系統，其頻率特性會(huì )在右肩端緩慢下滑，而步級波形的輸入即使再陡峭，也不容易產(chǎn)生波形失真，即不會(huì )產(chǎn)生步級波形瞬間的前沖(Preshoot)、波形后的過(guò)沖(Overshoot)或波形上下震動(dòng)的振鈴(Ringing)等現象。在測量短過(guò)渡時(shí)間的數字電路信號時(shí)，這是很理想的特性。

模擬示波器必須將輸入端輸入的數mV微小電壓信號經(jīng)過(guò)幾級的放大電路，變換成數百mV的電壓，以確保足夠驅動(dòng)CRT顯示。這些放大電路的頻率反應特性正是高斯型的。

而在測量高速串行接口的波形時(shí)，一般采用實(shí)時(shí)采樣方式的寬帶數字示波器，這類(lèi)示波器多采用磚墻反應型的應答系統。

磚墻反應型的應答特性又稱(chēng)“最高平坦應答”，在頻帶內頻率響應極為平坦，而到了頻帶外的轉降(Roll-Off)時(shí)，信號相當陡峭。像這樣理想的頻率特性，在頻帶內的信號振幅是不會(huì )有衰減現象發(fā)生的。超過(guò)頻帶之外，信號振幅就成為零。

與高斯反應示波器相比，磚墻反應型示波器還是有幾個(gè)缺點(diǎn)：

對于輸入步級波形的反應，容易出現前沖或過(guò)沖波形

示波器上升時(shí)間較長(cháng)，換言之，就是反應比較慢

這里所說(shuō)的示波器上升時(shí)間，是指步級輸入對應到輸出波形的上升時(shí)間。這個(gè)時(shí)間越短，代表示波器越能忠實(shí)地展現出從輸入連接器端測量到的波形。因此，示波器上升時(shí)間就是其高頻特性的代名詞。同時(shí)，數字信號的上升時(shí)間，一般是指從低位階遷移到高位階的時(shí)間。通常指信號位階10%～90%的上升遷移時(shí)間，而對于高速數字通信來(lái)說(shuō)，大多是指20%～80%的時(shí)間遷移。

下面這兩個(gè)數學(xué)式可用來(lái)估算磚墻反應型及高斯反應型示波器的上升時(shí)間：

磚墻反應型示波器的上升時(shí)間(ns)=0.45/帶寬(GHz)

高斯反應型示波器的上升時(shí)間(ns)=0.35/帶寬(GHz)，理想上應該是0.338/帶寬(GHz)

盡管磚墻反應型示波器的上升時(shí)間略遜一籌，實(shí)時(shí)采樣的寬帶數字示波器機種主要還是采用磚墻反應型的應答特性。仔細探究起來(lái)，主要的內在理由有二。其一，是要回避輸入信號與輸出信號電壓振幅的誤差，因為高斯反應型示波器在頻帶內的振幅誤差太大。從圖2所示兩種示波器的頻率響應圖可以看出它們在這方面的優(yōu)劣。假設輸入信號帶寬為1GHz，采樣頻率4GHz，由圖2所示可看出，高斯反應型示波器的頻率特性在右肩緩慢下滑，尤其在超過(guò)帶寬1/3的頻帶領(lǐng)域，波形明顯衰減，即信號誤差大。