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是德科技为您的应用评测示波器带宽

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标签: 带宽示波器

带宽是大多数工程师选择示波器时首先考虑的技术指标。本应用指南将提供一些宝贵的诀窍,帮助您选择出带宽适合的示波器并在数字和模拟应用中使用。首先,我们需要定义示波器的带宽。

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是德科技 为您的应用评测示波器带宽 应用指南 序言 带宽是大多数工程师选择示波器时首先考虑的技术指标本应用指南将提供一些宝贵的诀窍,帮助您 选择出带宽适合的示波器并在数字和模拟应用中使用首先,我们需要定义示波器的带宽 目录 序言 2 示波器带宽定义 3 数字应用需要的带宽 4 数字时钟测量结果比较 7 模拟应用需要的带宽 9 总结 10 术语表 11 03 是德科技 为您的应用评测示波器带宽 应用指南 示波器带宽定义 如图 1 所示,所有示波器都会在较高频率时出现低通频率响应衰 减大多数带宽技术指标在 1 GHz 及以下的示波器通常会出现 高斯响应,并在 3 dB 频率的三分之一处表现出缓慢下降特征 如图 2 所示,带宽技术指标大于 1 GHz 的示波器通常拥有最大 平坦频率响应这类响应通常在 3 dB 频率附近显示出具有更 尖锐下降特征更为平坦的带内响应 衰 减 示波器的频率响应各有其优缺点具有最大平坦度响应的示波器 衰减带内信号的数量少于具有高斯响应的示波器,这表明前者能 频率 够更精确地测量带内信号具有高斯响应的示波器衰减带外信号 的数量少于具有最大平坦度响应......

是德科技 为您的应用评测示波器带宽 应用指南 序言 带宽是大多数工程师选择示波器时首先考虑的技术指标。本应用指南将提供一些宝贵的诀窍,帮助您 选择出带宽适合的示波器并在数字和模拟应用中使用。首先,我们需要定义示波器的带宽。 目录 序言 ................................................................................................................................................................ 2 示波器带宽定义 ............................................................................................................................................. 3 数字应用需要的带宽 ..................................................................................................................................... 4 数字时钟测量结果比较 ................................................................................................................................. 7 模拟应用需要的带宽 ..................................................................................................................................... 9 总结 .............................................................................................................................................................. 10 术语表 .......................................................................................................................................................... 11 03 | 是德科技 | 为您的应用评测示波器带宽 – 应用指南 示波器带宽定义 如图 1 所示,所有示波器都会在较高频率时出现低通频率响应衰 减。大多数带宽技术指标在 1 GHz 及以下的示波器通常会出现 高斯响应,并在 -3 dB 频率的三分之一处表现出缓慢下降特征。 如图 2 所示,带宽技术指标大于 1 GHz 的示波器通常拥有最大 平坦频率响应。这类响应通常在 -3 dB 频率附近显示出具有更 尖锐下降特征、更为平坦的带内响应。 衰 减 示波器的频率响应各有其优缺点。具有最大平坦度响应的示波器 衰减带内信号的数量少于具有高斯响应的示波器,这表明前者能 频率 够更精确地测量带内信号。具有高斯响应的示波器衰减带外信号 的数量少于具有最大平坦度响应的示波器,这表明在相同的带宽 技术指标下,前者拥有更快的上升时间。有时,将带外信号衰减 到更高的程度有助于消除会造成采样混叠的高频率分量,从而达 到 Nyquist 标准(fS > 2 x fMAX)。如欲进一步了解 Nyquist 的采 样定理,请参见本文结尾处的是德科技应用指南《评测示波器采 样率与采样保真度的关系》。 图 1:示波器高斯频率响应 无论示波器具有高斯响应、最大平坦度响应或介于二者之间的响 应,输入信号衰减 3 dB 所在的最低频率称为示波器的带宽。使 用正弦波信号发生器,在扫描频率上测试示波器的带宽和频率响 应。信号 -3 dB 频率处衰减约为 -30% 幅度误差。所以当信号的 主要频率接近示波器的带宽时,很难对信号进行非常精确的测量。 衰 减 频率 图 2:示波器最大平坦度频率响应 与示波器的带宽技术指标有极大关系的还有示波器的上升时间技 术指标。示波器具有高斯型响应时,按照 10% 至 90% 标准,其 上升时间大约为 0.35/fBW。对于具有最大平坦度响应的示波器, 其上升时间技术指标的范围通常在 0.4/fBW 左右,取决于频率下 降特征的尖锐程度。切记,示波器的上升时间并不是示波器可以 精确测量的最快边沿速度。假定输入信号具有理论上无限快的上 升时间(0 ps),示波器的上升时间是示波器可能产生的最快边 沿速度。虽然这个理论上的技术指标是不可测量,这是因为脉冲 发生器实际上不能生成无限快的边沿,但可以通过输入边沿速度 比示波器上升时间技术指标快 3 到 5 倍的脉冲信号,以测量示 波器的上升时间。 04 | 是德科技 | 为您的应用评测示波器带宽 – 应用指南 数字应用需要的带宽 根据以往经验,示波器带宽应比被测系统的最快数字时钟速率至 少快 5 倍。如果示波器满足这一标准,则其能够捕捉高达 5 次 的谐波,并实现最小的信号衰减。这个信号分量对于确定数字信 号的总体波形非常重要。但是如果您需要对高速边沿进行精确测 量,那么此一次方程式不会考虑快速上升沿和下降沿中嵌入的实 际最高频分量。 实际经验 fBW ≥ 5 x fclk 若要确定所需的示波器带宽,有一种更精确的方法,即确定数字 信号中出现的最高频率,而不是最大时钟速率。最高频率将由设 计中的最快边沿速度决定。所以要做的第一件事就是确定最快信 号的上升时间和下降时间。通常可以从设计所用器件的公开技术 指标中获得这一信息。 第 1 步:确定最快的边沿速度 您可以使用一个简单的公式来计算最大的“实际”频率分量。 Howard W. Johnson 博士已经针对此主题撰写了一本书《High- speed Digital Design – A Handbook of Black Magic》1。他将这 个频率分量称为 " 拐点 " 频率 (fknee)。所有快速边沿都有无穷多 的频率分量。然而,在快速边沿的频谱图中有一个曲折点(或“拐 点”),此处高于 fknee 的频率分量对于确定信号的波形影响不大了。 第 2 步:计算 fknee fknee = 0.5 / RT (10% - 90%) fknee = 0.4 / RT (20% - 80%) 1. Howard W. Johnson 博士,《High-speed Digital Design – A Handbook of Black Magic》。普伦蒂斯·霍尔出版社,1993 年。 05 | 是德科技 | 为您的应用评测示波器带宽 – 应用指南 数字应用需要的带宽(续) 对于上升时间按照 10% 至 90% 准则计算的信号,fknee 等于 0.5 除以信号的上升时间。对于上升时间按照 20% 至 80% 准则计算 的信号(这在当前许多器件技术指标中十分常见),fknee 等于 0.4 除以信号的上升时间。不要将这些上升时间与示波器技术指标中 的上升时间相混淆。我们现在讨论的是实际的信号边沿速度。 第三步是根据在测量上升时间和下降时间时希望达到的精度,确 定测量信号所需要的示波器带宽。表 1 列出了决定示波器(具有 高斯频率响应或最大平坦度频率响应)测量精度的多个乘积系数。 请记住,大多数带宽技术指标为 1 GHz 及以下的示波器通常具 有高斯型响应,而大多数带宽高于 1 GHz 的示波器具有最大平 坦度型响应。 第 3 步:计算示波器带宽 要求的精度 20% 10% 3% 高斯响应 fBW = 1.0 x fknee fBW = 1.3 x fknee fBW = 1.9 x fknee 最大平坦度响应 fBW = 1.0 x fknee fBW = 1.2 x fknee fBW = 1.4 x fknee 表 1:根据希望的示波器频率响应精度和类型,计算示波器带宽时选择不同 的乘积系数
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