示波器带宽理解

发布者:ularof不加糖最新更新时间:2016-01-22 来源: eefocus关键字:示波器  带宽 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
理解示波器带宽---上升时间和信号保真度

当示波器用户选择示波器进行关键的测量时,示波器的主要参数指标往往是选择哪一款示波器的唯一
标准。示波器最主要的指标参数是:
(1)带宽;
(2)采样率;
(3)记录长度。
 
带宽- 这个指标能告诉我们什么?
模拟带宽是一个测量指标,简单的定义是:示波器测得正弦波的幅度不低于真实正弦波信号3dB 的幅度时的最高频率(见的IEEE - 1057)。如图1,是一个理想的示波器带宽和幅度测量误差的曲线图,从图1可以看出,当被测正弦波的频率等于示波器的带宽(示波器的放大器的响应是一阶高斯型)时,幅度测量误差大约30%。如果想测量正弦波的幅度误差只有3%,被测正弦波的频率要比示波器的带宽要低很多(大约是示波器的带宽的0.3倍)。由于大多数信号是比正弦波复杂的多,使用示波器测量信号的通用法则是:示波器的带宽是被测信号的频率的5 倍。
 

带宽- 不能告诉我们什么
最典型的用户选择示波器显示和测量复杂的电和光信号,观测信号在示波器上幅度对时间的显示。模拟带宽,一个示波器重要的指标,它应该定义在频域,而不是在时域。根据采样理论,复杂的信号在频域包含丰富的频谱成分(包含多次正弦波的谐波成分),见图2.利用频谱分析,可以看到被采样信号的频率成分,然而,如果要充分描述这些频率成分的特点,就必须知道组成复杂信号的每个成分的准确幅度和相位信息。在这种情况下,带宽除了能够告诉将怎样捕获这些细节,其它什么也不能告诉我们。从带宽的测量角度,我们只知道,输入一个频率和带宽相同的正弦波,示波器的幅度测量误差为30%。

带宽和上升时间的关系是什么
除了对通用的信号分析,大多数的工程师也有对时间测量感兴趣,如方波的上升时间和下降时间。因此,从指
定的带宽可以评估示波器系统的上升时间,我们可以使用下面公式:
tr= 0.35/BW(或0.42/BW);即:
BW = 0.35/tr(或0.42/tr)=5*Fclock(一般普通信号的tr=7%*T,其中:T=1/Fclock)。实际信号的带宽:信号谐波幅值将为0次波(基波)的70%(即下降3dB)时的谐波频率。
这里的0.35是示波器带宽和上升时间(一阶高斯模型时的10%-90 %上升时间)之间的比例系数,示波器的放大器大多数使用的是一阶高斯型RC低通滤波器的响应模型。使用这个公式很容易计算出 tr 上升时间,但是,实际往往不是这样的。图3 的表格给出了不同信号标准所需要的测量系统带宽的建议,建议的系统带宽能够保证上升时间或其它测量得到合理的测试精度。注意,仪器系统很多因数都会影响在示波器测试上升时间结果的精度,这些因数包括信号源,探头,以及示波器。图3 表格是假设信号和示波器的测试系统都是一阶响应特性,但是在实际上,特别是今天的高速串行信号,这个假设与实际相差甚远。对于最大平坦包络延迟响应,示波器的带宽和上升时间的关系系数接近0.45.在图3中,可以看出上升时间和带宽比例系数的变化,20GHz 幅频响应模型也发生变化,从简单的一阶响应到32 阶响应。16 阶和32 阶响应类似现在的高性能示波器的响应特性,这类高性能示波器的tr/BW 比例系数接近0.4 或0.45。对于这样的比例系数,示波器的幅频响应从低频到示波器带宽截止频率的平坦度非常好。另外,如果仪器使用非常好的滤波器,那么它的幅度和相位都会得到较好的补偿,以便以最好的保真度捕获和分析复杂信号。什么是真正意义上最好的示波器?两台示波器具有相同带宽性能可以有不同的上升时间,以及不同的幅频响应和相位响应!因此,只有知道示波器的带宽,将无法可靠地知道其测量能力或其能够准确捕捉复杂信号(像高速串行数据流)的能力。同时,示波器的真实的上升时间和从示波器带宽计算出的上升时间结果是否一致值得商榷。要得到示波器真实上升时间和下降时间,唯一可靠的途径就是利用一个上升时间比示波器快的多的理想阶跃信号去测量。

探头带宽和上升时间
带宽
为了满足示波器探头设计要求,探头带宽是大频率范围。例如,一个100 MHz 的示波器探头要求所测量的频率范围达到100MHz,探头能够捕捉信号在指定频率范围的变化。事实上,每个探头制造商认为,在最大指定的带宽,探头的频率响应是下降3dB。在频率超出了3dB点,信号幅度会大大衰减,测量结果可能是不可预测的。精确测量幅度的原则是:测量系统的带宽应是被测波形频率的3至 5倍以上。这个建议可确保足够的带宽捕获非正弦波波形的高频率成分,如方波。例如,一个带宽是300MHz至500MHz测量系统,建议捕获100MHz的方波信号。

       关于带宽见图1,随着频率的增加,信号的幅度衰减。同样地 如前所述,探头制造商指定带宽到3dB 内的幅度损失对测试信号没有明显影响,在3dB外,随着高频成分的衰减,在方波信号的上升和下降边缘发生明显的变
化。 使用探头测试信号时,选择探头带宽应是被测信号频率的3 到5 倍以上 ,幅度误差从在3 dB 上的 30% 减
少至约3%。
上升时间
带宽描述了频域特性,但不提供完整的描绘探头,示波器是如何对时间复现复杂波形形状的。要充分理解其波
形复现过程,阶跃响应是获取时域特性是必须的。时域特性通过探头的上升时间来表征,输入一个比测试系统
快很多的阶跃信号来评估系统的阶跃响应,从而得到的上升时间。选用探头的规则,探头的上升时间应该比被
测信号的上升时间快3 至5 倍。
示波器采样率
常见的数字存储示波的采样率单位是1GS/s,代表什么含义?
是每秒采样1G个点。但是,数字示波器的采样率不是固定不变的,随着你的屏幕分辨率不同,其每秒采样的次数也不同。1G是指采样的最大值。
记录长度
 记录长度=采样速率×扫速×10。
关键字:示波器  带宽 引用地址:示波器带宽理解

上一篇:现代数字示波器的发展及应用
下一篇:示波器的使用方法和步骤

推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 23:10

泰克示波器在开关损耗测试的应用方案
【测试需求】 开关电源(SMPS)技术依托电源半导体开关器件,如场效应晶体管(MOSFET)和绝缘门双极晶体管(IGBT)。这些设备提供了快速开关速度,能够耐受没有规律的电压峰值。同样重要的是,其在On 状态或Off 状态下消耗的功率非常小,实现了很高的转化效率,而产生的热量很低。开关设备在极大程度上决定着SMPS 的整体性能。开关器件的损耗对开关电源来说也是最重要的一个损耗点,所以开关损耗测试是非常关键的。 【测试平台搭建】 实物连接图 【测试说明】 实测图 【方案配置】 推荐解决方案: 泰克示波器MSO5+5-PWR+THDP0200+TCP0030A 方案特点:使用泰克示波器及原厂电源探头,可补偿探头的延迟,专用
[测试测量]
泰克<font color='red'>示波器</font>在开关损耗测试的应用方案
达到六西格玛标准的示波器模板测试
使用硬件加速模板测试可在几秒(而非几小时)内完成符合特定标准的波形测试 工程师使用示波器测试和评估各种不同的信号。示波器在设计和制造领域发挥着重要作用,它可以直观地显示出电压随时间的变化情况。拥有一台能够精确、直观地显示信号而且易于操作、功能全面的示波器非常重要,它可使信号的设计和测试变得更轻松。 每家制造商都必须解决质量保证(QA)问题,以确保产品总是符合设计和性能标准,并保持低的故障率。QA 是一种设计流程和提供流程的系统方法,用于确保产品质量的高度可靠与持续稳定。作为 QA 流程中的重要环节,他们必须在设计和验证的每个阶段对产品的工作状况进行多次测试和验证。对于生成电信号的产品,例如集成电路(IC)和现场可编程逻辑阵
[测试测量]
达到六西格玛标准的<font color='red'>示波器</font>模板测试
如何用示波器测量交流电压_示波器测量交流电压方法
1897年,K.F.布劳恩改进了克鲁克斯管,使电子束电流可控以改变光点的亮度,从而制成了实用的阴极射线管,如示波管、电视显像管等。示波器在电子测量仪器发展史中是影响最大、用途最广、生产品种最多的仪器,配上适当的非电量换能器后能测量和显示几乎一切物理量和动态过程。在电子测量仪器中,示波器是一种电信号的时域测量和分析仪器;它显示信号随时间变化的波形,是一种非常直观的波形分析器。第一台电子管示波器于1931年问世,随着晶体管、集成组件、超小型元件、器件和新型示波管的出现,现代示波器的性能和结构已有显著的改进。 示波器测交流电波形的步骤 1.首先先将示波器的电源插头与接地端断开 2.然后将示波器调整到测试状态 3.其次探头调到X10
[测试测量]
如何用<font color='red'>示波器</font>测量交流电压_<font color='red'>示波器</font>测量交流电压方法
了解示波器串扰分析解决方案
克服当今数字与无线设计中的串扰难题 设计工程师目前面临的最大难题之一是串扰会严重影响其设计的性能。如今,数据通信速度不断加快,而器件体积越来越小,电路密度越来越高,这使得多个高速信号彼此非常接近,因此器件中的串扰问题越来越突出。面对如此严峻的局面,工程师需要更好的工具和方法来分析和解决串扰问题。如果能够掌握更详细的串扰信息,那么工程师就可以做出重要决策,例如减少哪种串扰可以给设计带来改善并提高稳健性。 串扰的定义 串扰是一种失真,主要来自与数据码型无关的幅度干扰。由于耦合效应,一个干净的信号(我们称为“受扰信号”)可能受到“干扰”信号的串扰影响。干扰信号会使得受扰信号发生变形,并让受扰信号的眼图闭合。工程师希望信号是串扰极小或
[测试测量]
了解<font color='red'>示波器</font>串扰分析解决方案
但愿我有……最理想的图像
如果您有合适且装备精良的示波器,就可在较短的时间内设计出更好的产品,而且能更精确、更有信心地鉴定电路的性能,更轻而易举地检定系统是否符合标准,同时快速地测定出最难以捉摸的事件,从而简化排障工作步骤。恰当的示波器可为您提供最佳图像。您可以想象,最理想的图像将为您打开什么样的新天地。 任何精良的示波器系统,都在于其能够精确地捕获和显示您需要的信号,即所谓的测量保真度。作为工程师或设计人员,您面临的是日益加快的时钟速率和边沿速度、日益复杂的信号和不断增长的产品上市压力。如此一来,示波器的测量保真度也就越来越成为您成功之作的关键因素。 但愿我有 高速度需要高带宽 在选择示波器时,带宽是最重
[测试测量]
 但愿我有……最理想的图像
示波器无源探头的重要性
为测量典型信号和电压电平,无源探头以经济的价格提供了杰出的易用性和多种测量功能。无源电压探头与电流探头配备使用,为测量电源提供了理想的解决方案。 大多数无源探头拥有某种衰减因数,如10X、100X、等等。按照惯例,衰减因数(如10X衰减器探头的衰减因数)在因数后面有一个X。相比之下,放大因数(如X10)则在前面有一个X。 与1X探头相比,10X(读作“10倍”)衰减器探头降低了电路负荷,是一种完美的通用无源探头。信号源频率越高,阻抗越高,电路负荷影响越大,因此在选择探头前,一定要分析这些信号/探头负荷交互。10X衰减器探头改善了测量精度,同时也把示波器输入上的信号幅度降低了10倍。 由于它衰减信号,因此10X衰减器探头
[测试测量]
观察眼图,不支持眼图分析的示波器也可以做到
眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形,它包含了丰富的信息,从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响,体现了数字信号整体的特征,从而估计系统优劣程度,因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整,以减小码间串扰,改善系统的传输性能。 高端的示波器可能会带有眼图分析软件,但是价格往往比较昂贵。如果工程师手头的经费有限,没有高端的示波器,但又有在示波器上观察眼图的需求,从而了解信号的大致情况,那么一般示波器只要设置得当,也可以进行简单的测量。 首先,我们用示波器的边沿触发将信号稳定。然后打开测量项测一下示波器的上升时间。 然后我们将示波器的触发方式改为斜率触发。斜率触
[测试测量]
观察眼图,不支持眼图分析的<font color='red'>示波器</font>也可以做到
泰克混合信号示波器荣获Elektra 2007年度产品提名奖
MSO4000获得 ‘设计和测试类年度产品’提名 俄勒冈州毕佛顿, 2007年10月29日讯 – 全球领先的测试、测量和监测仪器的提供商--泰克公司(NYSE: TEK)日前宣布,在Electronics Weekly 举办的Elektra 07年度产品评选中,MSO4000混合信号示波器荣获设计和测试年度产品类提名。 MSO4000混合信号示波器于2007年4月推出,它面向嵌入式设计和调试,融合了三种强大的功能:突破性的Wave Inspector波形搜索引擎功能、先进的实时示波器功能和基本逻辑分析仪功能。通过这些功能,工程师可以在一台仪器上方便地查看和关联模拟信号和数字信号。MSO4000系列包括四种型号,带宽范围为35
[焦点新闻]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
最新测试测量文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved