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精确测脉冲,示波器带宽要多高?

作者:时间:2016-10-22来源:网络收藏

一波未平,一波又起。又有用户来投诉示波器和波形发生器这一对夫妻了:“我新买了33250A,用它输出50MHz的脉冲,怎么示波器观察像正弦波啊?你这台33250A有问题吧?但如果把信号改为10MHz的方波,就看上去是非常好的脉冲”。这位用户投诉的33250A,是安捷伦80MHz的函数和任意波形发生器,可以产生可变上升沿的50MHz的脉冲。上升和下降沿小于5ns.

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/309072.htm

我们首先按照常理回答这个用户:“一般用户理解脉冲,通常是方方正正的,但这是不可能的,因为这需要无穷快的上升沿,这这就意味这信号带宽无穷大,不仅难以实现,而且会带来更多的电磁辐射问题。因此,如果示波器测量出这个方波的上升沿不于5ns,就应该没问题。”但用户随后跟了一句:“我测了上升沿,可不止5ns”。

在我们脱口而出“要不你送我们维修部检查一下”之前,我随口问了一句:“你用的示波器带宽是多少”。用户很坚定地回答:“100MHz,测这个50MHz的信号没问题”

这就是问题了。实际上,一台100MHz带宽的示波器对33250A50MHz的脉冲进行测试,即使采样率再高,测试5ns上升沿的50MHz脉冲,显然是不够的。

首先脉冲波是一个频谱分量众多的信号,其包括了基波和高次谐波。这样,信号的带宽不是有频率决定的,而是上升沿。所以脉冲信号的带宽要高于信号的实际频率。而示波器的带宽是有限的,所以使用示波器观察脉冲时,如果带宽不够,看起来就像一个正弦波。如下图:

相比于被测信号,示波器的带宽越大,脉冲信号的高次谐波分量越容易被抓到,信号就越不会失真。

可以通过以下方法估算测试信号的带宽,已经需要多大带宽的示波器来测量:

l根据信号的最快上升沿时间t (信号从10%~90%的阈值时间),计算信号的实际带宽:信号带宽(BWsignal)=0.35/t.这就说是信号中绝大多数信号频谱分量分布的带宽。以33250A的输出脉冲为例,t=5ns,信号带宽(BWsignal)=70MHz

l根据测量精度的要求,选择合适带宽的示波器。用不同带宽示波器测量信号,会得到不同的误差。通常用以下方法估算测量误差:

以33250A为例, 50MHz 脉冲的带宽是70MHz, 如果希望测量误差小于2%,就需要示波器的带宽必须5倍于信号的带宽,即350HMz 带宽。

一句话,脉冲波带宽取决于上升沿;要根据测量精度要求,来选用合适带宽的示波器。



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