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了解示波器的频率响应及其对上升时间丈量精度的影响

引言:传统上,示波器的频率响应是高斯型的,是由许多具有类似频响的电路元件组合而成的,传统的模拟示波器就是这个样子,从它的BNC输入端

导言:传统上,示波器的频率呼应是高斯型的,是由许多具有相似频响的电路元件组合而成的,传统的模仿示波器便是这个姿态,从它的BNC输入端至CRT显现,有许多模仿放大器构成一个放大器链注1。有关高斯频响示波器的特色,内行业界现已广为人知。

但不为人知的是今世高性能数字示波器所遍及选用的平整频率呼应。数字示波器中和高斯频响有关的仅仅很少的几个模仿放大器,并可用DSP技能优化其对精度的影响。关于数字示波器来说,还有一件重要工作是,要尽量防止采样混叠差错注2,而模仿示波器是底子没有这种问题的。与高斯频响比较,平整型频率呼应能减少采样混叠差错,咱们在这儿首要回忆高斯呼应和平整呼应的特性。然后评论这两种呼应类型所对应的上升时间丈量精度。然后阐明具有平整频率呼应的示波器与具有相同带宽的高斯呼应示波器比较,有更高的上升时间丈量精度。

咱们的评论以1GHz示波器为例。这儿的剖析定论彻底适用于其它带宽。

高斯呼应示波器的特性

1GHz 示波器的典型高斯频响如图1所示。高斯频率呼应的长处是不论输入信号(被测信号)有多快,它都能给出没有过冲的较好脉冲呼应(即示波器屏幕上显现的信号没有过冲)。图2示出1GHz高斯频响示波器对快沿阶跃信号的脉冲呼应。

在高斯频响示波器中,示波器的上升时间注3与示波器带宽注4间有熟知的常用公式 …

上升时间 = 0.35 / 带宽注5(高斯体系)

高斯体系的另一常用特性是它的体系总带宽注6为各子体系带宽的RMS值,可运用下面了解的关系式核算 :

一般状况下,若示波器探头带宽比示波器带宽更高,体系带宽不会变得很差。

相反,被测上升时间一般与体系及信号上升时间有关 ,核算公式为 :

当示波器体系的上升时间并不比信号上升时间快许多时,则可用该关系式预算信号的实践上升时间。

图1对平整呼应和高斯呼应作了比较。应留意它在-3dB前有更为平整的频率呼应,但在-3dB后敏捷下降。这样的呼应形状有时也称为最大平整呼应或砖墙呼应。

平整呼应有两大长处。第一个长处是信号在 -3dB带宽之前的频响较 为平整,即衰减较小,丈量成果也较为准确。第二个长处是超越-3dB带宽后,频响曲线急剧滚降,大大减小数字示波器的中的采样混叠时机(后边有更具体得介绍)。

在时域,当有快沿阶跃信号输入时,平整频率呼应示波器会发生脉冲过冲和振铃,如图2所示。咱们知道过冲和振铃是示波器的不良呼应。但,这种状况,只要在信号上升时间很快,远远超越示波器可准确丈量的才能规模时,才会发生。在这种状况下,应该运用更高带宽的示波器,不然丈量差错会很大。

与高斯体系不同,平整频响示波器的体系带宽不能由其子体系部件的RMS值确认。用于高斯呼应示波器体系的带宽和上升时间公式不适用于平整呼应示波器体系!而需求示波器厂商供给示波器体系带宽,即由示波器?探头及其前端附件构成得组合带宽。

在平整呼应示波器的状况下,上升时间与带宽的关系为:

上升时间 = N / 带宽 (这儿 N=0.4 至 0.5)

N越大,阐明频率呼应越峻峭,或越像“砖墙”。上面的关系式有时也包含在示波器目标中,然后给出示波器的呼应类型。

丈量精度

哪一种频率呼应类型能供给最好的丈量精度?需求考虑最大信号频率和示波器的采样混叠差错。

信号最高频率

在图1 的比如中,与高斯呼应比较,平整频率呼应在-3dB带宽(1GHz)前衰减较小。因而对在 -3dB 带宽之内的信号频率成分,平整呼应示波器的丈量精度注7远比高斯呼应示波器更高。

例如,让咱们运用这两种频率呼应类型的示波器,比较对上升时间为700ps得信号的丈量成果。由上升时间可确认该信号的最高频率,即 :

信号最高频率 = 0.5 / 上升时间

信号最高频率的界说为:任何一种丈量体系(也包含示波器在内)能准确复现信号,所对应的最高频率(当然包含最高频率已内的频率成份)注8。

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