如何選擇選擇示波器的帶寬

俗話說，示波器是工程師的眼睛，“眼睛”好不好直接影響到我們對電子世界的觀察。

在選擇示波器的時候，帶寬就是一個非常重要的指標(biāo)。一般建議根據(jù)信號的上升時間的大小或者信號的帶寬來決定選擇示波器帶寬的大小。選擇示波器的帶寬應(yīng)該是信號帶寬的3-5倍甚至更高。下面我們就根據(jù)一些測量結(jié)果來解釋這是為什么。

測試的信號為500 ps 的?100 MHz 數(shù)字時鐘。圖 1顯示了使用 100 MHz 帶寬示波器對邊沿速度（10% 至 90%）為 500 ps 的 100 MHz 數(shù)字時鐘信號進(jìn)行測量獲得的波形結(jié)果。如圖所示，示波器僅允許該時鐘信號的 100 MHz 基本波形通過，從而將時鐘信號顯示為近似正弦波。對于許多采用 8 位 MCU 且時鐘速率在 10 MHz 至 20 MHz 之間的設(shè)計，使用 100 MHz 示波器進(jìn)行測量就足以滿足需要；但要測量 100 MHz 時鐘信號，100 MHz 帶寬示波器就無能為力了。

圖1 - 使用100MHz帶寬示波器捕獲100MHz時鐘信號

500 MHz 帶寬示波器能夠捕獲 5 次諧波，因而成為我們首選推薦的解決方案（如圖 2 所示）。但是當(dāng)測量上升時間時，我們看到示波器測得的結(jié)果為大約 800 ps。在這種情況下，示波器無法非常精確地測量此信號的上升時間。示波器實際上測量的是接近于自身上升時間（700 ps）的目標(biāo)，而不是輸入信號的上升時間（500 ps 左右）。如果在這個數(shù)字測量應(yīng)用中計時測量非常重要的話，我們需要使用更高帶寬的示波器。

圖2- 使用500MHz帶寬示波器捕獲100MHz時鐘信號

借助 1 GHz 帶寬示波器，我們可以獲得更精確的信號圖形（如圖 3所示）。當(dāng)測量上升時間時，我們看到示波器測得的結(jié)果大約為 600 ps。這個測量為我們提供大約 20% 的測量精度，是一種備受歡迎的測量解決方案，特別適合預(yù)算緊張的狀況。但是這種測量也未必能夠涵蓋全部的應(yīng)用范疇。

圖3 - 使用1 GHz帶寬示波器捕獲100MHz時鐘信號

如果想要以超過 3% 的精度和 500 ps 的邊沿速度對信號進(jìn)行測量，我們確實需要使用 2 GHz 及以上帶寬的示波器（通過之前的示例確定了這一數(shù)值）。如圖 4 所示，2-GHz 帶寬的示波器能夠更精確地顯示這個時鐘信號，同時非常準(zhǔn)確地測量上升時間（約 520 ps）。

圖4 - 使用2GHz帶寬示波器捕獲100MHz時鐘信號

從上面的內(nèi)容中我們可以看到，示波器雖然是信號帶寬的5倍了，但是測量出來的結(jié)果誤差依然很大。這是因為：看起來示波器的帶寬足夠，但是其系統(tǒng)本身的上升時間非常緩慢，導(dǎo)致其帶寬也大大地減少了。所以我們在選擇示波器的時候要多了解一些深層次的原理。不要簡單地理解選擇3-5倍信號帶寬的示波器就足夠了。尤其是數(shù)字信號時鐘這類信號。

審核編輯：湯梓紅