示波器探頭帶寬越高越好嗎

“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，意味能夠準確測量被測信號的帶寬越高，價(jià)值越大，也越值錢(qián)。但是，從使用角度來(lái)說(shuō)，帶寬越高未必越好。因為噪聲在各個(gè)頻率之間均勻分布。這意味著(zhù)探頭帶寬越高，引入的頻率越多，進(jìn)入信號的噪聲也越多。

人們最熟悉的技術(shù)指標就是帶寬。探頭的帶寬范圍從直流一直到大約 30 GHz。對帶寬的一個(gè)常見(jiàn)誤解是以為帶寬越大，可以看到的數據就越多。但事實(shí)并非總是如此。隨著(zhù)帶寬的增加，許多關(guān)鍵技術(shù)指標都會(huì )發(fā)生變化，這也是需要考慮的重要因素。

不斷提高的帶寬如何影響其他關(guān)鍵技術(shù)指標

噪聲在各個(gè)頻率之間均勻分布。這意味著(zhù)探頭帶寬越高，引入的頻率越多，進(jìn)入信號的 噪聲也越多。為了防止發(fā)生這種情況，應該根據下文介紹的計算方法，只使用需要的帶寬。而且，還需要借助更專(zhuān)業(yè)化的探頭來(lái)測量更高頻率。

當然，這需要加大開(kāi)發(fā)力度，才能為敏感元件創(chuàng )造出如此專(zhuān)業(yè)化但成本較高的產(chǎn)品。使用帶寬超過(guò)需求的探頭可能會(huì )帶來(lái)額外的成本、工作量和噪聲，這些要素可能會(huì )大大地影響您的測量結果。 各類(lèi)探頭都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，對于所進(jìn)行的特定測試，需要選擇更合適的探頭。充分理解關(guān)鍵技術(shù)指標，理解其對您的意義，將使探頭選型變得更加容易。

如何選擇合適的探頭帶寬？

如果使用的探頭帶寬不正確，那么您可能會(huì )遺失信號細節，或者為系統引入不必要的噪聲。為了加深理解，我們先來(lái)討論帶寬的意義。探頭帶寬本質(zhì)上就是 3 dB 點(diǎn)。3 dB 點(diǎn)是指探頭輸出相對于標稱(chēng)響應減少3 dB 時(shí)的頻率。

3 dB 點(diǎn)的顯示結果

假設用1:1 探頭測量 1 Vpp的低頻正弦波。由于您使用的是1:1 探頭，因此進(jìn)入示波器的探頭輸出將等于設備輸入探頭的實(shí)際信號。但是，如果繼續增加此1 Vpp 信號的頻率，那么最終您將到達一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)上探頭輸出遠遠小于輸入探頭的實(shí)際信號。當您看到示波器屏幕上的輸出相對于 1 Vpp 輸入降為 0.7 Vpp 時(shí)，那么就表示您到達了3 dB 點(diǎn)，因為相對于其標稱(chēng)響應，輸出減少了3 dB。

隨著(zhù)頻率增加出現 3 dB 點(diǎn)的示例

現在已經(jīng)了解了3 dB 點(diǎn)理論，可以利用它來(lái)改善測試。選擇適合探頭的第一步是了解信號的帶寬。要確定信號帶寬（BW），可以使用以下簡(jiǎn)單公式：如果我們測量的是10％和 90％的閾值，則信號帶寬等于上升時(shí)間除以0.35。如果測量的是20％和80％的閾值，則信號帶寬等于上升時(shí)間除以0.22。

計算完信號帶寬后，可根據以下兩個(gè)經(jīng)驗選擇探頭帶寬：

– 探頭帶寬應該比模擬應用中最快的正弦波頻率高 3 倍

– 探頭帶寬應該比數字應用的最高數字時(shí)鐘速率快 5 倍

根據這些快速計算方法，您可以大致確定何種探頭帶寬適合您的應用。隨著(zhù)上升時(shí)間加快，信號帶寬隨之增加，這意味著(zhù)您需要帶寬更高的探頭。但請記住，帶寬過(guò)高也會(huì )帶來(lái)麻煩。

另一種考慮帶寬的方法是以諧波為基礎。一般而言，探頭帶寬越高，捕捉到的諧波越多，二者都會(huì )使信號精度稍有提高。如下面圖所示，原始信號為黃色跡線(xiàn)，一階諧波為綠色跡線(xiàn)。您可以看到，它們具有相同的周期和占空比，但一階諧波的上升沿明顯較 慢，并且拐角非常圓滑。藍色跡線(xiàn)顯示一階和三階諧波，其上升沿較快，角點(diǎn)變得更清晰。但在圖像的底部，我們可以看到一階、三階和五階諧波。其邊沿平緩，拐角銳利，信號頂部和底部有很多細節。帶寬越高，波形將顯露出越多的細節。

更高的帶寬意味著(zhù)更多諧波及更豐富的信號細節

了解了上面的規律，我們用100 MHz探頭測量100 MHz時(shí)鐘。完成這個(gè)測量后，最終將會(huì )在屏幕上看到如下圖所示的正弦波。因此，無(wú)法得到準確的上升時(shí)間或任何真正的信號細節。這意味著(zhù)所做的任何測量都不準確，毫無(wú)意義。

使用 100 MHz 探頭測量 100 MHz 時(shí)鐘信號

但是，如果使用500 MHz探頭測量相同100 MHz信號，就會(huì )有足夠的帶寬來(lái)捕獲更多的諧波，從而得到更精確的信號表示。

使用 500 MHz 探頭測量 100 MHz 時(shí)鐘信號

以上內容由普科科技prbtek為您分享，由此可見(jiàn)，示波器探頭帶寬并非越高越好，要處理的信號選擇合適的探頭帶寬是很重要的。但帶寬過(guò)高也不好，過(guò)猶不及。在確定多大帶寬適合應用并選擇正確的探頭時(shí)，這些理論和快速計算方法可以幫助大家不犯錯誤。

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