用來(lái)測(cè)量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測(cè)電流的波形外，還可以測(cè)定頻率、電壓強(qiáng)度等。凡可以變?yōu)殡娦?yīng)的周期性物理過(guò)程都可以用示波器進(jìn)行觀測(cè)
示波器帶寬是什么
示波器帶寬是指輸入一個(gè)幅度相同，頻率變化的信號(hào)，當(dāng)示波器讀數(shù)比真值衰減3dB時(shí)，此時(shí)的頻率即為示波器的帶寬。也就是說(shuō)，輸入信號(hào)在示波器帶寬處測(cè)試值為真值-3dB，帶寬不是示波器能顯示的最高頻率。一般情況下，示波器帶寬應(yīng)為所測(cè)信號(hào)最高頻率的3~5倍。
與示波器帶寬規(guī)格緊密相關(guān)的是其上升時(shí)間參數(shù)。具備高斯頻響的示波器，按照10%到90%的標(biāo)準(zhǔn)衡量，上升時(shí)間約為0.35/fBW。具備最大平坦頻響的示波器上升時(shí)間規(guī)格一般在0.4/fBW范圍上，隨示波器頻率滾降特性的陡度不同而有所差異。如果在進(jìn)行上升時(shí)間和下降時(shí)間參數(shù)測(cè)量時(shí)允許20%的定時(shí)誤差，那么帶寬為1GHz的示波器就能滿足該數(shù)字測(cè)量應(yīng)用的要求。但如果要求定時(shí)精度在3%范圍內(nèi)，那么采用帶寬為2GHz的示波器更好。
示波器帶寬如何選擇
經(jīng)驗(yàn)告訴我們，示波器的帶寬至少應(yīng)比被測(cè)系統(tǒng)最快的數(shù)字時(shí)鐘速率高5倍。如果我們選擇的示波器滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，那么該示波器就能以最小的信號(hào)衰減捕捉到被測(cè)信號(hào)的5次諧波。信號(hào)的5次諧波在確定數(shù)字信號(hào)的整體形狀方面非常重要。但如果需要對(duì)高速邊沿進(jìn)行精確測(cè)量，那么這個(gè)簡(jiǎn)單的公式并未考慮到快速上升和下降沿中包含的實(shí)際高頻成分。
公式：fBW≥5xfclk
確定示波器帶寬的一個(gè)更準(zhǔn)確的方法是根據(jù)數(shù)字信號(hào)中存在的最高頻率，而不是最大時(shí)鐘速率。數(shù)字信號(hào)的最高頻率要看設(shè)計(jì)中最快的邊沿速度是多少。因此，我們首先要確定設(shè)計(jì)中最快的信號(hào)的上升和下降時(shí)間。這一信息通�？蓮脑O(shè)計(jì)中所用器件的公開(kāi)說(shuō)明書中獲取。
第一步：確定最快的邊沿速度
然后就可以利用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算信號(hào)的最大“實(shí)際”頻率成分。HowardW.Johnson博士就此題目寫過(guò)一本書《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》。在書中，他將這一頻率成分稱為“拐點(diǎn)”頻率(fknee)。所有快速邊沿的頻譜中都包含無(wú)限多的頻率成分，但其中有一個(gè)拐點(diǎn)(或稱“knee”)，高于該頻率的頻率成分對(duì)于確定信號(hào)的形狀就無(wú)關(guān)緊要了。
第二步：計(jì)算fknee
fknee=0.5/RT(10%-90%)
fknee=0.4/RT(20%-80%)
對(duì)于上升時(shí)間特性按照10%到90%閥值定義的信號(hào)而言，拐點(diǎn)頻率fknee等于0.5除以信號(hào)的上升時(shí)間。對(duì)上升時(shí)間特性按照20%到80%閥值定義的信號(hào)而言(如今的器件規(guī)范中通常采用這種定義方式)，fknee等于0.4除以信號(hào)的上升時(shí)間。但注意不要把此處的信號(hào)上升時(shí)間與示波器的上升時(shí)間規(guī)格混淆了，我們這里所說(shuō)的是實(shí)際的信號(hào)邊沿速度。
第三步就是根據(jù)測(cè)量上升時(shí)間和下降時(shí)間所需的精確程度來(lái)確定測(cè)量該信號(hào)所需的示波器帶寬。表1給出了對(duì)于具備高斯頻響或最大平坦頻響的示波器而言，在各種精度要求下需要的示波器帶寬與fknee的關(guān)系。但要記住的是，大多數(shù)帶寬規(guī)格在1GHz及以下的示波器通常都是高斯頻響型的，而帶寬超過(guò)1GHz的通常則為最大平坦頻響型的。
根據(jù)上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系，似乎可以得出結(jié)論，帶寬越高，測(cè)量的誤差越小。
但實(shí)際上，具體的應(yīng)用中并非如此。因?yàn)椋静ㄆ鳟吘共皇且粋�(gè)理想的儀器，測(cè)量系統(tǒng)本身有噪聲。這些噪聲包括放大器的噪聲，ADC的噪聲，有源探頭的噪聲，探頭地線感應(yīng)的空間輻射噪聲及地環(huán)路耦合的傳導(dǎo)噪聲從信噪比的角度理解，只有當(dāng)被測(cè)信號(hào)的能量遠(yuǎn)大于示波器測(cè)量系統(tǒng)本身帶來(lái)的噪聲能量的時(shí)候即信噪比足夠大的時(shí)候，選擇的帶寬才是合適的。
電源紋波測(cè)量的帶寬選擇取決于電源開(kāi)關(guān)管的上升時(shí)間，測(cè)量紋波的帶寬等于測(cè)量開(kāi)關(guān)管的帶寬。一般功率小的電源開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到1MHz甚至更大，對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的上升時(shí)間越小。功率大的電源開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率小，只有100KHz甚至更小，上升時(shí)間大。但是多數(shù)開(kāi)關(guān)管MOSFET上升時(shí)間達(dá)100ns。即使開(kāi)關(guān)管上升時(shí)間只有30ns，1/3的上升時(shí)間也有10ns，而100MHz的示波器的上升時(shí)間只有3.5ns。因此，用100MHz帶寬示波器測(cè)量開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管是足夠的。事實(shí)上，很少有開(kāi)關(guān)管上升時(shí)間只有30ns的，限制帶寬到20MHz就足夠了。這也是很多人所說(shuō)的“在測(cè)量電源紋波時(shí)需要將示波器帶寬限制為20MHz”的道理。
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