示波器带宽选择-信号量测

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先说明一下两个名词的意思，

上升时间： 信号从低电平阈值爬升到高电平阈值需要的时间，这个值一般为信号的10%-90%，也有一些情况定义为20%-80%；

带宽（BW）：是信号频谱的宽度；信号都分为时域信号和频域信号，时域信号经过傅里叶变换后可以得到频域信号，即任何信号都可以分解成不同频率的正弦信号之和；带宽就是最高频率分量与最低频率分量之差，比如一个方波可以分解成多个正弦波叠加，其最低频率分量是基频，假定为2Mhz,最高频率分量为是其5次谐波，为10Mhz,则其带宽为8Mhz.

带宽和上升时间的对应关系为：

BW = 0.35/Tr

Tr 是信号的上升时间

在使用示波器对信号的上升时间进行测量时，由于示波器本身带宽的限制，示波器带宽也会影响信号的上升时间。

下图是示波器工作的大概原理示意图。

对于放大器来讲，其放大增益会随着频率增加而减小，一般把放大器增益下降到-3dB时的频点定义为放大器的带宽。示波器内部有放大器部件，所以其带宽也是用同样的方法定义。

-3dB是按照信号的功率增益下降一半得出来的，功率与电压的平方成正比，故当功率增益下降一半时，电压随着频率增加降为原来的0.707倍。比如给一个100MHz带宽的示波器输入一个100MHz，峰峰值为1V的方波信号，此时测出的结果约为0.707V，所以示波器对测量信号的幅度上也会有衰减。

示波器对信号的幅度有影响，同时也会对信号的上升时间也会有影响，因此，通常会引入一个示波器带宽引入的上升时间T_osc

根据经验公式： T_osc = 0.35/BW

信号实测的上升时间为： T_test

T_test=√(T_osc^2+T^2 )

假如用一个500M带宽示波器去量测信号，必然会引入一个T_osc =700ps的上升时间影响。如果测量信号上升时间远大于 700ps，则可以忽略示波器引入对信号上升时间的影响。

同理，如果一个信号上升时间为1ns，则信号带宽为350M,则使用500M带宽示波器实测信号上升时间为： T_test=1.22ns, 实测数据肯定无意义。

因此，在测量信号时，应根据信号带宽来合理选择相应带宽的示波器。

实际波形量测过程中，我们只会先知道信号的频率，不会知道信号的上升时间，因为上升时间是我们需要量测的一个结果，那该如何选择示波器呢？

我们在datesheet中经常会看到某个IC器件对输入信号上升时间的要求，上升时间与对应信号周期的关系一般为7%，即T_r=7%T_c

带入上述经验公式可得知：

BW=0.35/T_r=0.35/(7%T_c)= 5/T_c=5f 其中，f是信号的频率。即，当带宽为BW=5f时，可以覆盖测量信号的多次谐波，保证信号的测量质量。

因此，在信号量测过程中，我们应该先了解要量测信号的频率是多少，根据BW=5f的原则（基于上升时间是信号周期的7%），选择合适的示波器进行信号量测。