1、序言帶寬是大多數工程師選擇示波器時首先考慮的技術指標。本應用指南將提供一些寶貴的訣竅，幫助您選擇出帶寬適合的示波器并在數字和模擬應用中使用。首先，需要定義示波器的帶寬。目錄序言2示波器帶寬定義3數字應用需要的帶寬4數字時鐘測量結果比較7模擬應用需要的帶寬9總結10術語表1103 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南示波器帶寬定義如圖 1 所示，所有示波器都會在較高頻率時出現低通頻率響應衰減。大多數帶寬技術指標在 1 GHz 及以下的示波器通常會出現響應，并在 -3 dB 頻率的三分之一處緩慢下降特征。如圖 2 所示，帶寬技術指標大于 1 GHz 的示波器通常擁有最大平坦頻率響應

2、。這類響應通常在 -3 dB 頻率附近顯示出具有更下降特征、更為平坦的帶內響應。示波器的頻率響應各有其優缺點。具有最大平坦度響應的示波器衰減帶內信號的數量少于具有響應的示波器，這表明前者能頻率 夠更精確地測量帶內信號。具有響應的示波器衰減帶外信號圖 1：示波器頻率響應的數量少于具有最大平坦度響應的示波器，這表明在相同的帶寬技術指標下，前者擁有更快的上升時間。有時，將帶外信號衰減到更高的程度有助于消除會造成采樣混疊的高頻率分量，從而達到 Nyquist 標準（fS 2 x fMAX）。如欲進一步了解 Nyquist 的采樣定理，請參見本文結尾處的是德科技應用指南評測示波器采樣率與采樣保真度的關系

3、。無論示波器具有響應、最大平坦度響應或介于二者之間的響應，輸入信號衰減 3 dB 所在的最低頻率稱為示波器的帶寬。使用正弦波信號發生器，在掃描頻率上測試示波器的帶寬和頻率響應。信號 -3 dB 頻率處衰減約為 -30% 幅度誤差。所以當信號的主要頻率接近示波器的帶寬時，很難對信號進行非常精確的測量。頻率 與示波器的帶寬技術指標有極大關系的還有示波器的上升時間技術指標。示波器具有 型響應時，按照 10% 至 90% 標準，其上升時間大約為 0.35/fBW。對于具有最大平坦度響應的示波器，其上升時間技術指標的范圍通常在 0.4/fBW 左右，取決于頻率下圖 2：示波器最大平坦度頻率響應降特征的程

4、度。切記，示波器的上升時間并不是示波器可以精確測量的最快邊沿速度。假定輸入信號具有理論上無限快的上升時間（0 ps），示波器的上升時間是示波器可能產生的最快邊沿速度。雖然這個理論上的技術指標是不可測量，這是因為脈沖發生器實際上不能生成無限快的邊沿，但可以通過輸入邊沿速度比示波器上升時間技術指標 到 5 倍的脈沖信號，以測量示波器的上升時間。衰減衰減04 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南數字應用需要的帶寬根據以往經驗，示波器帶寬應比被測系統的最快數字時鐘速率至少快 5 倍。如果示波器滿足這一標準，則其能夠捕捉高達 5 次的諧波，并實現最小的信號衰減。這個信號分量對于確定數字信

5、號的總體波形非常重要。但是如果您需要對高速邊沿進行精確測量，那么此一次方程式不會考慮快速上升沿和下降沿中嵌入的實際最高頻分量。若要確定所需的示波器帶寬，有一種更精確的方法，即確定數字信號中出現的最高頻率，而不是最大時鐘速率。最高頻率將由設計中的最快邊沿速度決定。所以要做的第一件事就是確定最快信號的上升時間和下降時間。通常可以從設計所用器件的公開技術指標中獲得這一信息。您可以使用一個簡單的公式來計算最大的“實際”頻率分量。Howard W. Johnson 博士已經針對此撰寫了一本書High-speed Digital Design A Handbook of Black1。他將這個頻率分量稱為

6、 拐點 頻率 (fknee)。所有快速邊沿都有無窮多的頻率分量。然而，在快速邊沿的頻譜圖中有一個曲折點（或“拐點”），此處高于 fknee 的頻率分量對于確定信號的波形影響不大了。1. Howard W. Johnson 博士，High-speed Digital Design A Handbook ofBlack霍爾，1993 年。第 2 步：計算 fkneefknee = 0.5 / RT (10% - 90%)fknee = 0.4 / RT (20% - 80%)第 1 步：確定最快的邊沿速度實際經驗fBW 5 x fclk05 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南數字

7、應用需要的帶寬（續）對于上升時間按照 10% 至 90% 準則計算的信號，fknee 等于 0.5除以信號的上升時間。對于上升時間按照 20% 至 80% 準則計算的信號（這在當前許多器件技術指標中十分常見），fknee 等于 0.4除以信號的上升時間。不要將這些上升時間與示波器技術指標中的上升時間相。現在的是實際的信號邊沿速度。第三步是根據在測量上升時間和下降時間時希望達到的精度，確定測量信號所需要的示波器帶寬。表 1 列出了決定示波器（具有頻率響應或最大平坦度頻率響應）測量精度的多個乘積系數。請記住，大多數帶寬技術指標為 1 GHz 及以下的示波器通常具有型響應，而大多數帶寬高于 1 GH

8、z 的示波器具有最大平坦度型響應。要求的精度響應最大平坦度響應20%fBW = 1.0 x fkneefBW = 1.0 x fknee10%fBW = 1.3 x fkneefBW = 1.2 x fknee3%fBW = 1.9 x fkneefBW = 1.4 x fknee表 1：根據希望的示波器頻率響應精度和類型，計算示波器帶寬時選擇不同的乘積系數第 3 步：計算示波器帶寬06 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南數字應用需要的帶寬（續）現在看一下這個簡單實例：如果信號具有近似 500 ps 的上升 / 下降時間（基于 10% 至 90%標準），那么信號中的最大實際頻

9、率分量（fknee）將大約等于 1 GHz。如果在對信號進行實際的上升時間和下降時間測量時，您能夠容忍最多 20% 的計時誤差，那么可以使用 1 GHz 帶寬示波器用于數字測量應用。但是如果需要 3% 左右的計時精度，則最好使用2 GHz 帶寬的示波器。現在，用不同帶寬的示波器來測量特征與本例相似的數字時鐘信號。20% 計時精度：示波器帶寬 = 1.0 x 1 GHz = 1.0 GHz3% 計時精度：示波器帶寬 = 1.9 x 1 GHz =1.9 GHzfknee = (0.5/500ps) = 1 GHz通過近似頻率響應測量 500 ps 上升時間（10-90%），確定示波器的最小必需帶

10、寬07 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南數字時鐘測量結果比較圖 3 顯示了使用 100 MHz 帶寬示波器對邊沿速度（10% 至90%）為 500 ps 的 100 MHz 數字時鐘信號進量獲得的波形，示波器僅允許該時鐘信號的 100 MHz 基本波結果。形通過，從而將時鐘信號顯示為近似正弦波。對于許多采用 8 位MCU 且時鐘速率在 10 MHz 至 20 MHz 之間的設計，使用 100MHz 示波器進量就足以滿足需要；但要測量 100 MHz 時鐘信號，100 MHz 帶寬示波器就為力了。500 MHz 帶寬示波器能夠捕獲 5 次諧波，因而成為首選推薦的解決方案（如圖

11、 4 所示）。但是當測量上升時間時，看到示波器測得的結果為大約 800 ps。在這種情況下，示波器無法非常精確地測量此信號的上升時間。示波器實際上測量的是接近于自身上升時間（700 ps）的目標，而不是輸入信號的上升時間（500 ps 左右）。如果在這個數字測量應用中計時測量非常圖 3：使用 100 MHz 帶寬示波器捕獲 100 MHz 時鐘信號重要的話，需要使用更高帶寬的示波器。圖 4：使用 500 MHz 帶寬示波器捕獲 100 MHz 時鐘信號08 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南數字時鐘測量結果比較（續）借助 1 GHz 帶寬示波器，可以獲得更精確的信號圖形（如圖

12、 5 所示）。當測量上升時間時，看到示波器測得的結果大約為 600 ps。這個測量為提供大約 20% 的測量精度，是一種備受歡迎的測量解決方案，特別適合緊張的狀況。但是這種測量也未必能夠涵蓋全部的應用范疇。如果想要以超過 3% 的精度和 500 ps 的邊沿速度對信號進量，確實需要使用2 GHz 及以上帶寬的示波器（通過之前的示例確定了這一數值）。如圖 6 所示，2-GHz 帶寬的示波器能夠更精確地顯示這個時鐘信號，同時非常準確地測量上升時間（約 520 ps）。Keysight In ViX 系列和 In um 系列示波器的一大優勢是具備帶寬可升級性。圖 5：使用 1 GHz 帶寬示波器捕獲

13、 100 MHz 時鐘信號圖 6：使用 2 GHz 帶寬示波器捕獲 100 MHz 時鐘信號09 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南模擬應用需要的帶寬幾年前，大部分示波器廠商都建議您選擇帶寬比最大信號頻率至少高 3 倍的示波器。雖然這個“3X”倍數不適用于數字應用，但是對模擬應用（例如調制射頻）來說還是適合的。要了解這個-1.7 db 1 GHz3:1 的倍數從何而來，讓頻率響應。來看一下 1 GHz 帶寬示波器的實際圖 7 顯示了在 Keysight 1 GHz 帶寬示波器上測得的掃頻響應結果（20 MHz 至 2 GHz）。，在 1 GHz 處的輸入結果衰減了大約 1.7

14、 dB，正好在 -3 dB 限制范圍內（示波器定義帶寬）。要想對模擬信號進行精確測量，您仍需要使用頻段一直比較平坦、具有極小衰減的示波器。在示波器的 1 GHz 帶寬中，大約有三分之一的部分幾乎沒有衰減（0 dB）。但是，并非所有示波器均此類響應。-0 db 300 MHz圖 7：使用 Keysight MSO7104B 1-GHz 帶寬示波器進行掃描頻率響應測試圖 8 顯示了使用其他廠商的 1.5 GHz 帶寬示波器執行掃描頻率響應測試。這個示例是典型的非平坦頻率響應。它的響應特征既不-2.6 db 1 GHz屬于型，也不屬于最大平坦度型。該響應的圖像看起來“高低不平”且呈現多個峰值，會對模

15、擬信號或數字信號帶來嚴重的波形失真。可惜的是，在示波器的帶寬技術指標（3 dB 衰減頻率）中沒有提到其他頻率上的衰減或放大。信號在示波器帶寬的五分之一處衰減了大約 1 dB（10%）。因此在這種情況下，采用 3X 經驗法則并不可取。在示波器時，最好選擇規范的示波器廠商并要特別注意示波器頻率響應的相對平坦度。-1.0 db 300 MHz圖 8：使用非是德科技生產的 1.5-GHz 帶寬示波器進行掃描頻率響應測試10 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南總結對于數字應用，您應當選擇帶寬比設計中的最快時鐘速率至少高 5 倍的示波器。但是，如果您需要對信號進行精確的邊沿速度測量，則必

16、須先確定信號中的最大實際頻率。對于模擬應用，應當選擇帶寬比設計中的最高模擬頻率至少高 3倍的示波器。但這個建議僅適用于在較低頻段中具有相對平坦的頻率響應的示波器。是德科技示波器擁有完備的性能，使您無需擔心這一點。另外，您在針對現有應用選擇示波器型號時也應當考慮今后的其他應用需求。如果您現在的比較靈活，不妨多投資一點，從而為將來節省開支。但如果您今后需要更高帶寬，大部分是德科技示波器的帶寬都是可以升級的。產品如欲了解、最全面的應用和產品信息，nd/scopes請的產品：11 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南術語表一種低通頻率響應，在 -3 dB 頻率（帶寬）的 1/3 處呈現

17、緩慢下降特征。帶寬技術指標為 1 GHz 或更低的示波器呈現近似響應。頻率響應低于 -3 dB（帶寬）頻率的頻率分量。帶內最大的“實際”頻率（fknee），可以確定數字脈沖的形狀；如果已知輸入信號的近似上升時間（通常在器件技術指標數據手冊中提供），可以算出這個頻率。拐點頻率一種低通頻率響應，在低于 -3 dB 頻率時相對平坦，而在接近 -3 dB 頻率（帶寬）時會急劇下降。帶寬技術指標大于 1 GHz 的示波器通常會呈現最大平坦度響應。最大平坦度響應Nyquist 采樣定理對于具有最大頻率 fMAX 和有限帶寬（頻段受限）的信號，等間隔的采樣頻率 fS 必須要比最大頻率 fMAX 高出兩倍以上

18、，才能以獨特的方式重建信號并且不會發生混疊。輸入信號正弦波衰減 3 dB（-30% 幅度誤差）時的最低頻率。示波器帶寬示波器上升時間假定輸入信號具有無限快的上升時間，示波器可能產生的最快邊沿速度。對于具有近似頻率響應的示波器，其上升時間可以根據 0.35/fBW 計算。對于具有最大平坦度頻率響應的示波器，其上升時間通常在 0.4/fBW 左右。高于 -3 dB（帶寬）頻率的頻率分量。帶外掃描頻率響應在用戶定義的較低頻率至較高頻率之間，使用信號發生器對輸出正弦波的頻率進行反復“掃描”，并測試儀器或器件的頻率響應。12 | 是德科技 | 為您的應用評測示波器帶寬 應用指南myKeysight如欲獲

19、得是德科技的產品、應用和服務信息, 請與是德科技聯系。如欲獲得完的產品列表,nd/mykeysight個性化視圖為您提供最適合自己的信息 !請 nd/contactus是德科技戶服務話:真:件 、局域網擴展儀器 (LXI) 將以太網和 Web 網絡的強大優勢引入測試系統中。 是德是德科技 (中)望 3 號是德科技大話: 86 010 64396888真: 86 010 64390156: 100102科技是 LXI的創始成員。3 年保修是德科技卓越的產品可靠性和廣泛的 3 年保修服務完美結合，從另一途徑幫助您實現業務目標 : 增強測量信心、降低擁有成本、增強操作方便性。是德科技 ()高新南部 116 號話: 86 28 83108888真: 86 28 85330931: 610041是德科技是德科技保證方案nd/ArancePlans5 年的周密保護以及持續的巨大投入 , 可確保您的儀器符合規范要求 ,器道 169 號 25 話: 852 31977777真: 852 25069233上上 1350 號通廣 19 話: 86 21 26102888真: 86 21