「上升時(shí)間測(cè)量」與「示波器帶寬」的兩三事

前言：據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程師在使用示波器比較多的功能是“參數(shù)測(cè)量"。但是很多人卻不知道示波器的帶寬會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，本文主要就：上升時(shí)間的測(cè)量為例，分析一下它和示波器帶寬的關(guān)系！

一、上升時(shí)間的定義：

信號(hào)上升時(shí)間并不是信號(hào)從低電平上升到高電平所經(jīng)歷的時(shí)間，而是其中的一部分。按常規(guī)理解就是：信號(hào)的上升時(shí)間是正向沿的較低閾值交叉點(diǎn)與較高閾值交叉點(diǎn)之間的時(shí)差。顧名思義，上升時(shí)間肯定是在信號(hào)的上升沿時(shí)測(cè)量的，較低閾值、較高閾值的取值在某些示波器中是可以自定義的，默認(rèn)為 10%、90%幅值處。而幅值的定義，就是頂部值（Top）與底部值（Buttom）之差。頂部值，即波形較高部分的眾數(shù)。

上升時(shí)間對(duì)電路性能有著重要的影響，比如信號(hào)上升時(shí)間的減小，會(huì)引發(fā)反射、串?dāng)_、軌道塌陷、電磁輻射、地彈等問(wèn)題。

方波的傅里葉分析

二、帶寬的定義：

 示波器組織框架

帶寬是示波器主要指標(biāo)之一，它決定了示波器測(cè)試高頻信號(hào)的能力。主要由放大器等模擬器件決定的。對(duì)于放大器來(lái)說(shuō)，其增益隨著信號(hào)的頻率增高會(huì)逐漸下降。一般把放大器增益下降-3dB對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)稱(chēng)為這個(gè)放大器的帶寬，示波器的帶寬也是用同樣方法定義的。

帶寬圖解

-3dB是按照信號(hào)的功率增益下降一半得出來(lái)的，大家都知道功率與電壓的平方成正比，故當(dāng)功率增益下降一半時(shí)，電壓隨著頻率增加降為原來(lái)的0.707倍。比如給一個(gè)500MHz帶寬的示波器輸入一個(gè)500MHz，峰峰值為1V的方波信號(hào)，此時(shí)測(cè)出的結(jié)果約為0.7V，所以示波器對(duì)測(cè)量信號(hào)的幅度上也會(huì)有衰減。

T 與 Tmea 的差距，就是測(cè)量的誤差了。

下面做個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，將一個(gè)100Mhz，邊沿為500ps的數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)接入不同帶寬示波器進(jìn)行邊沿測(cè)試。

 500M示波器測(cè)試圖

下圖為2G帶寬示波器得到的波形結(jié)果，得到的上升時(shí)間約為495ps。接近輸入信號(hào)的上升時(shí)間500ps。現(xiàn)在可以看到比較精確的時(shí)鐘信號(hào)。但此時(shí)示波器成本投入也比較大。 

2G示波器測(cè)試圖

三、歸納總結(jié)：

• 對(duì)模擬應(yīng)用測(cè)試，其示波器的帶寬應(yīng)比被測(cè)的模擬信號(hào)最高頻率高2～3倍即可；

• 對(duì)數(shù)字應(yīng)用測(cè)試，示波器帶寬至少應(yīng)比被測(cè)設(shè)計(jì)的最快時(shí)鐘速率快5倍，此時(shí)可保證基本的信號(hào)形狀，但在需要精確測(cè)量信號(hào)的邊沿或者時(shí)序的情況下，則應(yīng)根據(jù)信號(hào)的最快邊沿估算其信號(hào)帶寬并據(jù)此決定需要的示波器帶寬。

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