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示波器測量之帶寬與采樣率

2012年10月12日 09:27:32 來源:深圳市新博恩電子儀器有限公司

在具體測試過程中,示波器到底選擇多少帶寬比較合適呢?

首先,看下面的實例。

 

從上圖可以看出,帶寬越大,所能顯示的信號頻率分量越豐富,也就能更加接近真實的信號波形。

1、示波器帶寬的計算

可按照以下步驟來完成計算:

a、  判斷被測信號的zui快上升/下降時間

b、  判斷zui高信號頻率f

       f = 0.5/RT  (10%~90%)

       f = 0.4/RT  (20%~80%)

c、  判斷所需的測量度

所需度

高斯頻響

zui大平坦頻響

20%

BW=1.0*f

BW=1.0*f

10%

BW=1.3*f

BW=1.2*f

3%

BW=1.9*f

BW=1.4*f

d、  計算所需帶寬。

舉例說明:

判斷一個高斯響應示波器在測量被測數字信號時所需的zui小帶寬,其中被測信號zui快上升時間為1ns(10%~90%):

           f = 0.5/1ns = 500MHz

若要求3%的測量誤差:所需示波器帶寬 = 1.9*500MHz = 950 MHz

若要求20%的測量誤差:所需示波器帶寬 = 1.0*500MHz = 500MHz

因此,決定示波器帶寬的重要因素是:被測信號的zui快上升時間。

 

示波器的系統帶寬由示波器帶寬和探頭帶寬共同決定:

a、高斯頻響:系統帶寬 =

b、zui大平坦頻響:系統帶寬 = Min

例如:1GHz帶寬的示波器,配置1GHz帶寬的無源探頭,若它們的頻響為高斯頻響,則系統帶寬為:700MHz左右。

 

2、影響示波器帶寬的因素

通常,這些因素有:采樣率、頻響曲線

a、頻率曲線

頻響曲線如下圖所示。

 

 

b、  采樣率

根據Nyquist采樣定律,采樣頻率必須2倍于信號zui高頻率,即:

                   Fs > 2 * fmax

才能保證信號可以被無混疊的重構出來。

(1)對于理想磚墻頻響來說,采樣率=示波器帶寬*2,即可重構出信號。但是該情況在真實世界中是不存在的,大多數示波器的頻響都是介于理想磚墻頻響和高斯頻響之間。

(2)對于高斯頻響,采樣率=示波器帶寬*4,可對被測信號中的大部分頻率成分進行無混疊重構。通常實際示波器的頻響大多比高斯頻響陡一點。

(3)對于zui大平坦頻響,采樣率=示波器帶寬*2.5,即可對被測信號中的大部分頻率成分進行恢復。目前一些示波器都可以做到利用2.5倍帶寬的采樣率來完成信號重構。

 

是不是采樣率越高量測精度越高?

以1GHz正弦波觀測為例,見下圖。

 

 

以6GHz帶寬zui大平坦頻響的示波器(20GSa/s和40GSa/s)為例,

被測信號為:1.25GHz時鐘,上升時間為100ps左右。測試結果如下圖:

 

由上圖可知,在采樣率為帶寬6.6倍時,相比3.3倍的情況,波形的重建并不太大改善。因此,采樣率夠用就好。

 

相反,更高的采樣率并不一定會帶來更高的量測精度,原因如下:

(1)更高的采樣率會使用多個ADC拼接,造成波形失真。

(2)采樣率過高,會使ADC的有效位數降低(可能只能達到4~5位的分辨率)。

因此,量測精度由多個因素共同決定,采樣率在夠用的前提下,不一定是越高越好,在有些情況下,高采樣率反而會帶來更差的量測精度

示波器測量之帶寬與采樣率

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