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[原创] 带宽——一个值得讨论的话题
版主: 得蜜  北京德尔威 
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发表于2008-04-21 16:00
1#
带宽——一个值得讨论的话题
 


提到示波器带宽,大家都认识到这是示波器的一个重要指标。示波器带宽的历史定义——-3dB带宽——相信大家也都不陌生:输入信号(正弦)功率衰减一半,对应电压幅度衰减到70.7%,也就是频响曲线上的-3dB点对应的带宽,定义为示波器带宽。我一直以为,这个带宽具体指的是前端放大器对应的带宽,也没有对其进行仔细的研究,现在玉非璞兄考我这个问题,倒是有点难住了我。我愿意把我的一些认识写出来,共享之余,抛砖引玉,希望大家共同讨论,从而对这个问题认识的深入一点。

上图是数字存储示波器的结构简图。主要有四部分,分别是探头,信号衰减/放大,ADC,触发系统。用户得到的真正带宽则取决于探头带宽,放大器带宽,ADC带宽。

至于触发带宽则表明了示波器对信号的实时捕获,定位的能力。举例来说,一个18GHz带宽的示波器,如果触发带宽只有800MHz的话,就算捕捉10G的正弦信号,可以捕捉得到,也不能稳定显示。更极端的情况是捕捉一个上升沿100pS的脉冲信号时,由于触发带宽的限制,可能完全捕捉不到。Bw=0.45/100pS=4.5GHz.(此处采用Brick-wall响应)。现在最高触发带宽好像仍由Tek保持,9GHz。触发器带宽的重要性还在于如果不能稳定显示捕获到的波形,则像眼图之类的分析则无法进行。

下面再说一下系统带宽对测试精度的影响,以最常见的TDS1012为例。使用100MHz的P2100探头,测量上升时间为3.5nS的方波,计算得到的系统带宽和测量误差。根据以下公式:
测量所得的上升时间=信号上升时间和测量系统上升时间的有效值
测量系统上升时间=探头上升时间和示波器上升时间的的有效值

系统上升时间=√3.5ns2+3.5nS2=4.95nS
系统带宽=0.35/4.95nS=70MHz(高斯频响)
测得的信号上升时间=√3.5ns2+4.95nS2=6.08nS
测量误差=(6.08-3.5)/3.5=73%

使用200MHz的P2220探头,则得到的系统带宽为89MHz,测量误差只为50%。前几天见到rigol推DS1000B 200MHz带宽的示波器就标配了300MHz的探头,这样可以一定程度的提高测量精度。当然了如果只是用来看诸如正弦信号的频率信息的话,则不用考虑上升时间,甚至还可以超过仪器带宽使用。

我一直没提到ADC,也就是奈奎斯特带宽带来的影响,这是因为随着主流的数字存储示波器大多采用了过采样,一般采样率是带宽的4—5倍。除了满足了采样定律以外,还有更多的样点用来恢复波形细节,再加上sinx/x插值显示的使用,这个指标基本不会被过多考虑。

限于个人水平,难免有不对的地方,大家一起讨论。


[最后修改于2008-06-20 11:02:14]
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发表于2008-04-28 12:12
2#
RE:带宽——一个值得讨论的话题
 
请教一个问题,我如果不用探头而是用一根50Ω的BNC电缆来连接被测电路.此时的系统带宽又该如何计算?
 
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发表于2008-04-30 09:41
3#
回复:带宽——一个值得讨论的话题
 

BNC线缆的理想带宽大概是4GHz,但这对BNC接头的质量和线缆长度均有严格要求。我用网络分析仪测过电子市场上出售的50欧或75欧的BNC线缆,一般500MHz以下,信号无衰减,一般测试1GHz以下信号,好的BNC线缆不用过多考虑带宽。单就计算有效带宽,此时BNC线充当了探头,可计算出有效值。BNC线缆的另一个好处是引入的噪声一般要比无源探头小的多。

 

另值得注意的一点是一般我们测试低频信号,我们不考虑阻抗匹配,比如测试500MHz以下的信号。或者所测电路的输出阻抗不是50欧,这时一般不考虑BNC线和示波器输入阻抗所带来的影响。但当你测试射频信号的时候,就一定要考虑阻抗匹配,即既使使用50欧BNC线,也要考虑终端负载,此时一般选用示波器50欧输入阻抗作为终端负载,但一定要注意信号功率,不要烧毁示波器,最好的方法是采用50欧负载端接,或者采用BNC适配器。 

 
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发表于2008-04-30 17:40
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RE:带宽——一个值得讨论的话题
 
学习了
 
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发表于2008-05-04 18:54
5#
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学习一下!
 
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RE:带宽——一个值得讨论的话题
 
 
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7#
RE:带宽——一个值得讨论的话题
 
 
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8#
RE:带宽——一个值得讨论的话题
 
请问楼主0.45的值的推导过程,以及为什么选用0.45,谢谢
 
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发表于2008-07-07 20:24
9#
RE:带宽——一个值得讨论的话题
 
示波器,好东东阿
 
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