带宽是示波器最重要的指标, 示波器带宽不足将导致波形失真。在当前的数字技术中, 系统时钟通常是示波器可能显示的频率最高的信号。示波器的带宽至少应该比这一频率高三倍,以便合理地显示这个信号的形状。
如图所示,所有示波器都会在较高频率时出现低通频率响应衰减。大多数带宽技术指标在 1 GHz 及以下的示波器通常会出现高斯响应,并在 -3 dB 频率的三分之一处表现出缓慢下降特征。如图 2 所示,带宽技术指标大于 1 GHz 的示波器通常拥有最大平坦频率响应。这类响应通常在 -3 dB 频率附近显示出具有更尖锐下降特征、更为平坦的带内响应。
决定示波器所需带宽的另一个信号特征是信号的上升时间。由于您可能看到的不只是纯正弦波,因此在超出信号基础频率的频率上, 信号将包含谐波。例如,如果您查看的是方波,那么信号包含的频率至少要比信号的基础频率高 10 倍。如果在查看方波时不能确保相应的示波器带宽,您将在示波器显示屏上看到圆形的边沿,而不是期望看到的清晰快速的边沿。这反而会影响测量精度。
通常由被测信号的带宽决定。有如下公式可以参考:
1. 信号带宽=0.5/信号上升时间
2. 示波器带宽=2x信号带宽
不同带宽的示波器,观察到的100MHz的方波信号
100MHz示波器
300MHz示波器
500MHz示波器
1GHz 示波器
示波器带宽越大越好吗?
好处:示波器带宽越大,可以测量的信号频谱范围就越大,信号的上升沿也更快;
坏处:一般来说,示波器带宽越大,示波器价格越高;示波器带宽越大,示波器底噪越高;
示波器带宽与频率响应的关系
示波器的频率响应各有其优缺点。具有最大平坦度响应的示波器衰减带内信号的数量少于具有高斯响应的示波器,这表明前者能够更精确地测量带内信号。具有高斯响应的示波器衰减带外信号的数量少于具有最大平坦度响应的示波器,这表明在相同的带宽技术指标下,前者拥有更快的上升时间。
不同示波器除了带宽不一样,频响也不一样,带宽只是定义了下降3dB的频点,但是没有定义频响曲线,对于高斯频响,-3db带宽内对信号衰减较大,为了保证很小的频谱误差,需要大于2倍的信号带宽。
现代高带宽示波器主要有两种频响方式:传统的高斯频响方式,Flat频响方式。
可以看到传统的高斯频响方式在-3dB带宽内对信号频谱有一定的影响,-3dB带宽外有较长尾巴,要求后面ADC采样率高,才不会发生混叠。
Flat频响方式有很大改进:-3dB内,对信号质量影响较小,-3dB以外尾巴相对较少,Keysight Infiniium示波器采用Flat频响方式
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