示波器带宽过大的缺点

示波器带宽应该足够高才能进行准确的测量，但是这个参数有上限吗？示波器带宽过多是否会以某种方式降低我们的测量精度？请注意，示波器带宽设置进入示波器的噪声带宽。

示波器带宽应该足够高才能进行准确的测量，但是这个参数有上限吗？示波器带宽过多是否会以某种方式降低我们的测量精度？请注意，示波器带宽设置进入示波器的噪声带宽。
例如，考虑测量 33 MHz 正弦波。根据上面的讨论，我们可以使用带宽约为100 MHz的示波器来测量该信号。如果我们使用 8 GHz 示波器进行此测量，则 100 MHz 至 8 GHz 范围内的所有噪声分量都将进入示波器。这些噪声成分将使屏幕上的迹线看起来有点模糊。
在许多情况下，这可能不是一个严重的问题，但如果您希望您的产品通过严格的性能或合规性规范，您必须注意这些细节并提供产品输出的演示。
采样率
输入信号经过模拟前端调节后，被传递到 A/D 转换器。根据奈奎斯特采样定理，ADC f s 的采样率必须至少是感兴趣的频率分量的两倍。这意味着我们需要一个抗混叠滤波器来限制 ADC 输入端信号的带宽。在图1中，抗混叠滤波是通过模拟前端的低通特性来实现的。
尽管该滤波器抑制了高频分量，但我们没有砖墙低通特性。当我们移动到更高的频率时，幅度衰减会增加，但我们不会有无限的衰减。假设我们选择采样频率f s如图 1所示。

图1

由于我们在 f s处的衰减有限，因此在此频率出现的任何噪声分量将仅被低通特性部分抑制。换句话说，ADC 输入端的信号带宽并没有真正受到限制，我们可能仍然有相对较大的频率分量高于
f
s
2
（违反奈奎斯特准则）。
这将如何影响我们测量的准确性？
采样过程将以采样频率的倍数创建频谱的副本。在 0 到 f s的频率范围内，我们将得到如图 2所示的频谱。

图2

虽然蓝色曲线是我们在数字化仪输出处想要的光谱，但采样过程会创建原始光谱（由红色曲线描绘）的不需要的副本。蓝色和红色曲线分量的叠加为我们提供了 ADC 输出处的数字信号的频谱。
图2显示部分复制频谱与我们所需的频带重叠，该频带位于 0 到 f BW的范围内。该所需频带应由 A/D 转换器后面的数字电路提取和处理。我们怎样才能提取出这个想要的频段呢？
从 f BW到 f s -f BW的频率分量可以通过尖锐的数字滤波器有效抑制（见图 5）。消除这个不需要的频带可以得到更高效的数字电路。

图3

复制频谱中出现在 0 到 f带宽范围内的部分又如何呢？
这些频率分量无法通过在 ADC 输出端放置滤波器来抑制。如图 2 所示，这些不需要的分量从位于 f s -f BW到 f s范围内的原始频谱部分折回。因此，我们可以通过增加采样率（对于给定的 f BW）来抑制这些混叠分量。这样，混叠分量经历的衰减就会增加。
查看图 2。折回组件的可接受衰减是多少？
衰减应足够大，以使混叠分量远低于 A/D 转换器的量化水平。在实际应用中，对于高斯频率响应示波器，我们通常需要实时采样率为示波器带宽的4-5倍。具有平坦频率响应的示波器具有更尖锐的滚降。因此，大约 2.5 倍示波器带宽的采样率可以使此类示波器达到可接受的精度。
如果混叠严重，显示的迹线会受到怎样的影响？

图4.图片由是德科技提供

图4显示了示波器带宽和采样率分别为 500 MHz 和 1 GSa/s 的测量结果。
正如您所看到的，当进行重复测量时，迹线会围绕信号边缘摆动。这是因为波形中具有更尖锐过渡的部分包含更高的频率分量，并且混叠在这些区域中变得更加明显。