示波器那些事兒--之帶寬

示波器帶寬是指正弦曲線(xiàn)輸入信號被衰減到信號真實(shí)幅度70.7%的頻率，稱(chēng)為-3dB點(diǎn)。如圖所示：

如果沒(méi)有充足的帶寬，示波器將不能解析高頻變化，幅度將失真，邊沿將消失，細節將丟失。如果沒(méi)有充足的帶寬，示波器的所有功能和浮華都沒(méi)有任何意義。

任何信號都可以分解成無(wú)數次諧波的疊加，從頻域來(lái)理解，帶寬選擇的總原則是：帶寬能覆蓋被測信號各次諧波的99.9%的能量就足夠了。帶寬選擇的根源就在于：我們不能直觀(guān)地知道被測信號能量的99.9%對應的帶寬是多少。

“示波器的帶寬當然是越高越好”這句話(huà)從某種意義上是正確的：帶寬越高，意味著(zhù)能夠準確測量被測信號的帶寬越高，可能實(shí)現的信號復現精度就越高；示波器的帶寬越高，那么示波器的上升時(shí)間越小，測量出上升時(shí)間的準確度越高。但是帶寬越高，價(jià)值越大，也越值錢(qián)。另外從使用角度來(lái)說(shuō)，帶寬越高未必越好。

在不確定信號分解到第N次諧波的時(shí)候能量衰減到99.9%，在選擇和使用示波器時(shí)可以留下足夠的帶寬裕量，但是帶寬過(guò)高會(huì )造成一個(gè)嚴重問(wèn)題是：引入的噪聲能量超過(guò)了同等帶寬范圍內的信號的自身的能量，也會(huì )導致測量結果不準確，這就是測量中反復要提及的信噪比（SNR）問(wèn)題。

假如使用500MHz的示波器能覆蓋被測信號99.9%的能量，測量精度可以達到5%以?xún)?，但是我們偏要使?GHz的示波器，那么在500MHz～1GHz頻率范圍內引入的噪聲能量遠遠大于500MHz～1GHz范圍內覆蓋的被測信號剩下的0.1%的能量，測量的結果在時(shí)域上就表現為波形上疊加了很多高頻成分的隨機噪聲，影響到一些參數的測量結果，因此反而使用500MHz測量的結果更準確！這就是為什么在測量電源紋波時(shí)候，我們要將帶寬限制為20MHz。

在數字領(lǐng)域中，上升時(shí)間測量至關(guān)重要。在預計測量數字信號時(shí)，如脈沖和階躍，上升時(shí)間可能是更適合的性能考慮因素。示波器必須有充足的上升時(shí)間，才能準確捕獲迅速跳變的細節，示波器上升時(shí)間越快，捕獲快速跳變關(guān)鍵細節的精度越高。上升時(shí)間描述了示波器的實(shí)用頻率范圍。在某些應用中，可能只知道信號的上升時(shí)間，有一個(gè)常數，可以把示波器的帶寬和上升時(shí)間關(guān)聯(lián)起來(lái)：

帶寬=K/上升時(shí)間

其中K是位于0.35和0.45之間的值，具體視示波器頻響曲線(xiàn)形狀和脈沖上升時(shí)間響應的形狀而定。帶寬<1GHz的示波器的K值一般為0.35，帶寬>1GHz的示波器的K值一般為0.40和0.45之間。

為確定準確檢定特定應用中信號幅度所需的示波器帶寬，應采用5倍法則，即

示波器帶寬≧信號的最高頻率成分X5

使用5倍法則選擇的示波器將在測量中提供小于±2%的誤差，這對當前應用一般足夠了。但是隨著(zhù)信號速度的提高，這一經(jīng)驗法則可能實(shí)現不了。

某些示波器通過(guò)數字信號處理，提供了一種增強帶寬的方法?？梢允褂?strong>DSP任意均衡濾波器，改善示波器通道響應。這個(gè)濾波器擴大了帶寬，使示波器通道頻響平坦化，改善相位線(xiàn)性度，在通道之間實(shí)現更好的匹配程度。它還降低了上升時(shí)間，改善了時(shí)域階躍響應。