示波器带宽选择-信号量测

示波器带宽选择-信号量测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%-8

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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。

示波器带宽选择-信号量测

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。

示波器带宽选择-信号量测

-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。

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