原创 精确测脉冲,示波器带宽要多高?

2013-4-27 14:57 3688 24 53 分类: 消费电子

     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.

 

            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:

 

20130425221853592001.gif

 

 

 

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。

 

 

20130425222142847001.gif

 

 

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:

 

 

示波器带宽/信号带宽

测量误差

1

<41.4%

3

<5.4%

5

<2.0%

10

<0.5%

 

 

 

 

      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

 

 

 

文章评论29条评论)

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用户1678053 2015-4-16 20:29

看看

用户1625273 2013-5-4 14:48

示波器探头对波形的影响是非常大的,要对探头给予高度重视。。。

用户1625273 2013-5-4 14:39

基础知识,对青年技术人员有帮助。

kent_rao_738407428 2013-5-3 22:21

rxf, 你好!请教了我们的同事,他的答案是:  一非正弦波信号的带宽,可以其上升时间来决定。若此信号通过一低通滤波器(一阶),则其带宽(BW)为 0.35/上升时间(tr),也就是说 BW x tr = 0.35 , 若此信号通过的为一非一阶的低通滤波器,则tr与BW的乘积会更高,比如0.4 一阶低通滤波器对应的就是高斯响应. 非一阶低通滤波器对应的就是平坦响应. 对于非正弦波信号, 高频能量就在上升沿部分. 因而上升沿决定了信号的带宽.

kent_rao_738407428 2013-5-3 22:15

自从我很多年前受培训,老师就是这么讲的。到底这个公式的最初出处,我也在请教相关专家。

kent_rao_738407428 2013-5-3 22:13

这主要是没有深刻理解老师的意思。比如,老师的作文题是“一件有意义的事情”,如果没有写捡到一个金元宝交给警察, 或者没有搀扶老大娘过马路,通常是不合格的

kent_rao_738407428 2013-5-3 22:10

你需要看一下探头的带宽,如果是示波器标配的探头,应该不会那么惨,除非你不小心打开了示波器的20MHz的滤波器。有些示波器,为了测量电源纹波, 会有这个设置。这是,你需要测量一下这个16HMz方波的上升沿,相比与你的设计参数,看看有没有明显的区别

用户1277994 2013-5-2 10:20

小学六年级的作文水平其实很高了。但是博主帮写的文章竟然会不合格,不会是主体思想的问题吧?

qiuming_yang_527658351 2013-5-1 14:19

不只是这样的,我用500MHz示波器测试16M正弦波,也出三角波问题,这好像还与探头有关吧..

用户1667446 2013-4-29 21:57

了解很多 谢谢
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