在具體測試過程中,示波器到底選擇多少頻寬比較合適呢?
首先,看下面的例項。
從上圖可以看出,頻寬越大,所能顯示的訊號頻率分量越豐富,也就能更加接近真實的訊號波形。
1、示波器頻寬的精確計算
可按照以下步驟來完成計算:
a、 判斷被測訊號的最快上公升/下降時間
b、 判斷最高訊號頻率f
f = 0.5/rt (10%~90%)
f = 0.4/rt (20%~80%)
c、 判斷所需的測量精確度
所需精確度
高斯頻響
最大平坦頻響
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、 計算所需頻寬。
舉例說明:
判斷乙個高斯響應示波器在測量被測數碼訊號時所需的最小頻寬,其中被測訊號最快上公升時間為1ns(10%~90%):
f = 0.5/1ns = 500mhz
若要求3%的測量誤差:所需示波器頻寬 = 1.9*500mhz = 950 mhz
若要求20%的測量誤差:所需示波器頻寬 = 1.0*500mhz = 500mhz
因此,決定示波器頻寬的重要因素是:被測訊號的最快上公升時間。
示波器的系統頻寬由示波器頻寬和探頭頻寬共同決定:
a、高斯頻響:系統頻寬 =
b、最大平坦頻響:系統頻寬 = min
例如:1ghz頻寬的示波器,配置1ghz頻寬的無源探頭,若它們的頻響為高斯頻響,則系統頻寬為:700mhz左右。
2、影響示波器頻寬的因素
通常,這些因素有:取樣率、頻響曲線。
a、頻率曲線
頻響曲線如下圖所示。
b、 取樣率
根據nyquist取樣定律,取樣頻率必須2倍於訊號最高頻率,即:
fs > 2 * fmax
才能保證訊號可以被無混疊的重構出來。
(1)對於理想磚牆頻響來說,取樣率=示波器頻寬*2,即可重構出訊號。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於理想磚牆頻響和高斯頻響之間。
(2)對於高斯頻響,取樣率=示波器頻寬*4,可對被測訊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)對於最大平坦頻響,取樣率=示波器頻寬*2.5,即可對被測訊號中的大部分頻率成分進行恢復。目前一些高階示波器都可以做到利用2.5倍頻寬的取樣率來完成訊號重構。
是不是取樣率越高量測精度越高?
以1ghz正弦波觀測為例,見下圖。
以6ghz頻寬最大平坦頻響的示波器(20gsa/s和40gsa/s)為例,
被測訊號為:1.25ghz時鐘,上公升時間為100ps左右。測試結果如下圖:
由上圖可知,在取樣率為頻寬6.6倍時,相比3.3倍的情況,波形的重建並不太大改善。因此,取樣率夠用就好。
相反,更高的取樣率並不一定會帶來更高的量測精度,原因如下:
(1)更高的取樣率會使用多個adc拼接,造成波形失真。
(2)取樣率過高,會使adc的有效位數降低(可能只能達到4~5位的解析度)。
因此,量測精度由多個因素共同決定,取樣率在夠用的前提下,不一定是越高越好,在有些情況下,高取樣率反而會帶來更差的量測精度。
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