标签: 带宽

示波器探头带宽越高越好吗？ 这个答案是否。因为噪声在各个频率之间均匀分布。这意味着探头带宽越高，引入的频率越多，进入信号的噪声也越多。 人们最熟悉的技术指标就是带宽。探头的带宽范围从直流一直到大约 30 GHz。对带宽 的一个常见误解是以为带宽越大，可以看到的数据就越多。但事实并非总是如此。随着 带宽的增加，许多关键技术指标都会发生变化，它们也是需要考虑的重要因素。 不断提高的带宽如何影响其他关键技术指标 噪声在各个频率之间均匀分布。这意味着探头带宽越高，引入的频率越多，进入信号的 噪声也越多。为了防止发生这种情况，您应该根据下文介绍的计算方法，只使用需要的带宽。而且，还需要借助更专业化的探头来测量更高频率。 当然，这需要加大开发力度，才能为敏感元件创造出如此专业化但成本较高的产品。使用带宽超过需求的探头 可能会带来额外的成本、工作量和噪声，这些要素可能会大大地影响您的测量结果。 各类探头都有优点和缺点，对于您所进行的特定测试，您需要选择更合适的探头。充分 理解关键技术指标，理解其对您的意义，将使探头选型变得更加容易。我们认为，与其 查看技术资料中那些冗长的技术指标列表，不如研究文档其余部分更重要。 如何选择合适的探头带宽？ 如果使用的探头带宽不正确，那么您可能会遗失信号细节，或者为系统引入不必要的噪 声。为了加深理解，我们先来讨论带宽的意义。探头带宽本质上就是 3 dB 点。3 dB 点 是指探头输出相对于标称响应减少 3 dB 时的频率。 3 dB 点的显示结果 假设用 1:1 探头测量 1 Vpp 的低频正弦波。由于您使用的是 1:1 探头，因此进入示波器 的探头输出将等于设备输入探头的实际信号。但是，如果继续增加此 1 Vpp 信号的频 率，那么最终您将到达一个点，在该点上探头输出远远小于输入探头的实际信号。当您 看到示波器屏幕上的输出相对于 1 Vpp 输入降为 0.7 Vpp 时，那么就表示您到达了 3 dB 点，因为相对于其标称响应，输出减少了 3 dB。 随着频率增加出现 3 dB 点的示例 现在您已经了解了 3 dB 点理论，您可以利用它来改善测试。 选择适合探头的第一步是了解信号的带宽。要确定信号带宽（BW），可以使用以下简单公式：如果我们测量的 是 10％ 和 90％ 的阈值，则信号带宽等于上升时间除以 0.35。如果测量的是 20％ 和 80％ 的阈值，则信号带宽等于上升时间除以 0.22。 计算完信号带宽后，可根据以下两个经验选择探头带宽： – 探头带宽应该比模拟应用中最快的正弦波频率高 3 倍 – 探头带宽应该比数字应用的最高数字时钟速率快 5 倍 根据这些快速计算方法，您可以大致确定何种探头带宽适合您的应用。随着上升时间加 快，信号带宽随之增加，这意味着您需要带宽更高的探头。但请记住，带宽过高也会带 来麻烦。 另一种考虑带宽的方法是以谐波为基础。一般而言，探头带宽越高，捕捉到的谐波越 多，二者都会使信号精度稍有提高。如下面图所示，原始信号为黄色迹线，一阶谐波 为绿色迹线。您可以看到，它们具有相同的周期和占空比，但一阶谐波的上升沿明显较 慢，并且拐角非常圆滑。蓝色迹线显示一阶和三阶谐波，其上升沿较快，角点变得更清 晰。但在图像的底部，我们可以看到一阶、三阶和五阶谐波。其边沿平缓，拐角锐利， 信号顶部和底部有很多细节。带宽越高，波形将显露出越多的细节。 更高的带宽意味着更多谐波及更丰富的信号细节 了解了上面的规律，我们来看一个用 100 MHz 探头测量 100 MHz 时钟的例子。完成这 个测量后，您最终将会在屏幕上看到如下图所示的正弦波。因此，您无法得到准确的上 升时间或任何真正的信号细节。这意味着您所做的任何测量都是不准确的，毫无意义。 使用 100 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号 但是，如果使用 500 MHz 探头测量相同的 100 MHz 信号，您就会有足够的带宽来捕获 更多的谐波，从而得到更精确的信号表示。 使用 500 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号 由此可见，为您要处理的信号选择合适的探头带宽是多么重要。但带宽过高也不好，过 犹不及。在确定多大带宽适合您的应用并选择正确的探头时，这些理论和快速计算方法 可以帮助您不犯错误。 作者：是德科技 Keysight Technologies 链接：https://www.zhihu.com/question/382045269/answer/2341569890 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

MIPI （Mobile Industry Processor Interface）接口是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准，下面有很多工作组，制定各种相关规范，其中最常用的就是CSI（Camera Serial Interface），用于camera到CPU之间的数据传输。 CSI又分为CSI-1，CSI-2和CSI-3，其中最常用的就是CSI-2。 CSI-2的物理层分为C-PHY和D-PHY，D-PHY针对MIPI CSI-2和DSI/DSI-2显示协议做了优化，可提供高性能、低功耗和低EMI，使其与移动设备中的复杂RF子系统兼容。 D-PHY v2.1最高支持4.5 Gbps /通道，并使用10条线（利用4条数据通道和一条时钟通道）支持数据通道扩展，使总数据速率达到18 Gbps。 MIPI C-PHY通过带宽受限的通道提供高吞吐量性能，可将显示器和摄像机连接到应用处理器。C-PHY通过使用在三线通道上实现〜2.28位/符号的三相符号编码，在两线通道上偏离传统的差分信令技术来实现这一点。每个通道都包含一个嵌入式时钟。C-PHY v1.2支持高达3.5 Gsps / lane，相当于8 Gbps / lane，并且可以在三个通道上实现24 Gbps的峰值带宽。 在实际应用中，D-PHY应用较多，下面列出其重要参数： 色深（Color Depth）：定义一个像素点所需的bits（bpp bits-per-pixel），或者定义一个color component 所需的bits （bpc bits-per-component）。 像素时钟：每帧像素传输所用频率（the time base in MHz at which individual pixels are transmitter） 带宽：the capacity of required in Mbps of a given system to pass a specific frequency 数据率：the data flow throughtput in bits per second of transport layer bit clock：因为D-PHY信号是Double data rate，其bit clock是数据率/lane的1/2。 像素时钟 = 水平像素数 * 垂直像素数 * 刷新率 （像素数包括消隐数据） 带宽/数据率 = 像素时钟 * 色深 数据率/lane = 数据率/lane number bit clock = 数据率/lane/2 以1902*1080p @ 60hz， raw10，2 lane为例： 像素时钟 = 2200 * 1125 * 60 = 148.5MHz 带宽/数据率 = 148.5 * 10 = 1.485Gbps lane rate = 1.1485/2 = 742.5Mbps bit clock = 742.5/2 = 371.25MHz

HDMI接口采用TMDS（Transition Minimized Differential Signaling 最小化传输差分信号）传输技术，采用8b/10b差分信号来降低EMI和提高精确的信号传输速率（关于TMDS和8b/10b编码，另外开帖记录）。 每一个标准的HDMI连接，都具备4个channel，分别是3个channel传输数据和1个channel传输时钟。在每一个时钟周期内，每个TMDS数据通道都可以传送10bit数据。 对于TMDS Clock时钟和像素时钟（Pixel Clock）也有对应关系，对于8bit（24bit RGB/YUV）来说，TMDS时钟就是像素时钟，如果支持Deep Color，比如10bit（30bit RGB/YUV）及以上的视频信号，对应关系就要发生变化： 8bit data TMDS clock = pixel clock 10bit data TMDS clock = 1.25 * pixel clock 12bit data TMDS clock = 1.5 * pixel clock 16bit data TMDS clock = 2 * pixel clock HDMI视频信号中还有消隐数据，这个也以后单独开帖。 就这样，计算HDMI带宽的所有数据齐全了。带宽的计算公式为： 带宽 = 时钟频率 * 数据量。 以1080p 60Hz（1920*1080@60hz）8bit 的视频数据为例： 每帧像素量 = 2200 * 1125 = 2,475,000 （消隐数据） 像素时钟 = 2,475,000 * 60 = 148,500,000 每个channel的带宽 = 148,500,000 * 1 * 10 = 1.49 Gbps HDMI总带宽 = 1.49 * 3 = 4.46 Gbps 有个国外网站提供了带宽计算器，可以直接访问：https://k.kramerav.com/support/bwcalculator.asp

带宽是示波器的首要指标，和放大器的带宽一样，是所谓的-3dB点，即： 在示波器的输入端加正弦波，幅度衰减至-3dB（70.7%）时的频率点就是示波器的带宽。 如果我们用100MHz带宽的示波器测量：幅值为1V ，频率为100MHz 的正弦波时，实际得到的幅值会不小于0.707V。 那么作为示波器的首要参数指标，“带宽不足”对波形测量有哪些影响呢 ？我们用20M、60M、100M带宽的示波器分别观察20M的方波信号 20M示波器 60M示波器 100M示波器 由上面三张图可以看出: 20M示波器基本无法观察到方波形状，另外100M示波器的观察效果比60M示波器要好，下面我们来一起分析原因: 方波信号有限次谐波合成波形图 20M方波频谱 上图中，我们可以看到方波是由基波以及3、5、7、9……次谐波分量递加而成。所以20M的方波包含20M基波、60M三次谐波，100M五次谐波，140M七次谐波…… 如果要对波形进行准确测量，应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波分量。因此对于正弦波可以要求示波器的带宽大于波形的频率，但是对与非正弦波则要求示波器的带宽大于波形的最大主要谐波频率。 带宽不足具体的影响表现在以下两个方面： 1、由低带宽导致主要谐波分量消失，使原本规则的波形呈圆弧状接近正弦波； 2、低带宽给波形的上升时间和幅度的测量带来较大的误差。 所以示波器的带宽越高，实际测量也就越精确，当然价格和成本也会更高，那么我们需要多大带宽的示波器才合适呢？ 一般所测信号最大频率的5倍，就是最合适的带宽，即带宽的五倍法则。

        “ 我使用的是一台 _ 100 MHz 示波器 ， 包括一个 100 MHz 无源探头 ， 我应该能够正确地测量 90 MHz 正弦波 ， 对吗 ？ 示波器或者探头是不是坏了 ？ ”         以前只要稍微有点常识就能回答这个问题，但现在我总是时不时听到这类问题。那么，它可能就不应再简单地归于常识范畴了，尤其是大多数示波器的技术资料中，不会对示波器结合特定探头使用时的“系统带宽”或有效带宽加以说明。         示波器和探头均有带宽技术指标，即输入信号幅度衰减 3 dB 的频率值。因此，如果您的技术资料中注明示波器带宽为“100 MHz”，那么您就能确保以其带宽频率测量至少约 70% 的信号幅度。探头同样如此。然而，棘手之处是，当您同时使用示波器和探头时，您的示波器+探头带宽，即“系统带宽”，可能不是 100 MHz。那么，在这种情况下系统带宽是多少？        在了解系统带宽之前，您需要知道示波器前端滤波器的响应。技术资料中可能有这个信息，也可能没有，如果没有，请致电示波器支持热线。如果您不想联系支持热线，我给您介绍一个小技巧，通过本文结尾处技术资料中计算出的上升时间技术指标推导出滤波器响应。但是，经验告诉我们，如果您的示波器带宽低于 1 GHz，那么可以认为滤波器是“高斯型”的。如果示波器的带宽为 1 GHz 或更高，那么其滤波器可能为“最大平坦响应型（接近砖墙响应）”。        如果是高斯滤波器，作为几十年来一直在模拟和数字存储示波器中使用的传统前端滤波器类型，示波器和探头的系统带宽可采用下面的公式计算。 图中文字中英对照 System Bandwidth Scope bandwidth Probe bandwidth 系统带宽 示波器带宽 探头带宽           我们用上面的例子来套用这个公式。由于示波器和探头的带宽均为 100 MHz，您的系统带宽将为 70.7 MHz。换言之，您的信号幅度在 70.7 MHz 衰减了 3 dB。很显然，您不会看到 90 MHz 正弦波的完整幅度！         在现实中，绝大多数示波器制造商在示波器和探头的带宽技术指标上添加了一些裕量。因此，如果您看到技术指标上写的是“100 MHz”，那么极有可能它的带宽稍大一些，比如 110 或 120 MHz。          现在，假设您使用的是具有“最 大平坦响应”型滤波器响应的示波器和探头。在 100 MHz 示波器上，矩形滤波器极为罕见，此例中我们仅为假设。在这种情况下，不能使用“平方和均方根”公式。系统带宽计算公式为： 系统带宽 = 最小值 { 示波器带宽 ， 探头带宽 }          如果我将原来的例子套用这个这个公式，您的系统带宽现在是 100 MHz，那么，您应该能够看到 90 MHz 正弦波的几乎整个幅度。          我不知道为什么大多数示波器的技术资料中不再有这个简单的公式。也许如今的大多数示波器都具有足够的带宽，工程师无需按照其上限操作。也许这个内容在学校已经教过。然而，这是一个非常有用的技巧，特别是当您看到意想不到的测量结果时。          顺便说一句，判断您的示波器使用的是“高斯型”还是“最大平坦响应型”滤波器有一个快速简单的方法。首先，找到示波器计算的上升时间信息。下面以 Keysight InfiniiVision 4000X示波器为例。   表格中文字中英对照 InfiniiVision 4000 X-Series scopes oscilloscopes Bandwidth * (-3dB) Calculated rise time (10-90%) InfiniiVision 4000 X 系列示波器 带宽 * (-3dB) 计算的上升时间（10-90%）          现在，用“0.35”除以计算的上升时间值。以 200 MHz示波器（4022A）为例，得出的结果是 0.35 / 1.75 ns = 200 MHz         那么，您证实用于计算上升时间的系数是“0.35”。0.35 是“高斯型”响应滤波器的系数值，因此您知道这台 200 MHz 示波器具有一个高斯滤波器前端。另外，如果在 1 GHz示波器（4104A）上套用同一公式， 0.35 / 450 ps = 778 MHz          得出的值为 778 MHz 而非 1 GHz。那么，您现在知道这台示波器使用的系数不是 “0.35”，而是 “0.45”（0.45 / 450 ps = 1 GHz）。如果系数大于 0.35，比如说 0.4、0.45 或甚至是 0.5，那么示波器的前端的滤波器响应近似于矩形滤波器。           希望这个小技巧能更好地帮助您了解示波器。下一篇博文再见！