硬件测试之“示波器的两个最重要参数”

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本文主要介绍示波器的两个最重要的参数:带宽和采样率。

1、示波器带宽

示波器测得正弦波的幅度不低于真实正弦波信号3dB(功率为原来的一半)的幅度时的最高频率。如果输入一个固定振幅的波形,增加信号频率,-3dB的位置即是示波器的电压幅值为实际幅值的0。707倍。

当被测正弦波的频率等于示波器的带宽(示波器的放大器的响应是一阶高斯型)时,幅度测量误差大约为30%。如果想测量正弦波的幅度误差只有3%,被测正弦波的频率要比示波器的带宽要低很多(大约是示波器的带宽的0.3倍)。实际应用中我们很可能需要测量的是方波(例如数字系统)或者是比正弦波复杂的多的信号,使用示波器测量信号的通用经验法则是:示波器的带宽是被测信号的频率的5倍。例如,一个66MHz的时钟信号需要一个330MHz带宽的示波器。

5倍频率是怎样得出的?信号带宽和速率无关,只和沿有关。当信号沿是周期的7%时信号能有效还原,而此时示波器的带宽必须≥0.35/Tedge,因此有示波器带宽≥5*F。

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2、采样率

通过测量等时间间隔波形的电压幅值,并把该电压转化为用8位二进制代码表示的数字信息,这就是数字示波器的采样。每两次采样之间的时间间隔越小,那么重建出来的波形就越接近原始信号。采样率(Sampling Rate)就是采样时间间隔的倒数。例如,如果示波器的采样率是每秒10G次(10GSa/s),则意味着每100ps进行一次采样。

根据Nyquist采样定理,对于正弦波,每个周期至少需要两次以上的采样才能保证数字化后的脉冲序列能较为准确的还原原始波形。如果采样率低于Nyquist采样率则会导致混叠(Aliasing)现象。

采样率的单位是MS/s(MegaSamples per second)或GS/s(GigaSamples per second)。一般情况下,各个示波器公布的采样率参数都是指单通道最高采样率。如果一台两通道的示波器,公布的采样率参数为1GS/s,两个通道同时使用时,每通道的最高采样率为500MS/s。

有一个比较采样速率和信号带宽时的经验法则:如果示波器有内插(通过筛选以便在采样点间重新生成),则(采样速率/信号带宽)的比值至少应为 4:1 ;如果无正弦内插时,则应采取 10:1 的比值。

以上就是针对示波器的最重要的两个参数的介绍。

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