有客戶在選擇示波器探頭時(shí)，遇到以下疑惑：一個(gè)200M帶寬的示波器，配一個(gè)200M帶寬的無(wú)源探頭，能行嗎？帶寬會(huì)不會(huì)降低到140M？如何選擇合適的示波器探頭呢？

一、示波器帶寬

對(duì)于經(jīng)常跟示波器打交道的電子工程師來(lái)說(shuō)，示波器的帶寬無(wú)疑是他們最關(guān)心的指標(biāo)之一。帶寬直接影響信號(hào)的保真度和測(cè)量的準(zhǔn)確度。我們通常所說(shuō)的帶寬是指-3dB帶寬，如圖1所示。在200M帶寬的示波器上輸入200M的正弦波，理論上其幅度會(huì)下降3dB。然而，你若對(duì)此時(shí)測(cè)量到的信號(hào)幅度除以0.707，想以此獲得真實(shí)的信號(hào)的幅度，得到的結(jié)果卻未必正確。因?yàn)閷?shí)際上，示波器在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證帶寬參數(shù)和減小信號(hào)失真，在帶內(nèi)的信號(hào)衰減幅度通常會(huì)小于3dB。所以，200M帶寬是一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，保證對(duì)200M以內(nèi)的正弦波幅度的衰減不超過(guò)3dB，以提供較好的測(cè)量置信度。

圖-1 帶寬定義為響應(yīng)曲線中幅度下降3dB的頻率

二、探頭的帶寬

示波器要進(jìn)行測(cè)量必須使用探頭，示波器探頭的帶寬對(duì)示波器有著怎樣的影響？下面我們針對(duì)應(yīng)用最為廣泛的高阻無(wú)源探頭進(jìn)行分析。高阻無(wú)源探頭有不同的衰減比例，如1×、10×、100×等，即使是同一個(gè)探頭，在不同的衰減檔位下，帶寬也不一樣，使用時(shí)應(yīng)注意。如ZP1025S在1×檔位下的帶寬為10M，而在10×檔位下的帶寬為250M，如圖2所示。那么ZP1025S切換到10×檔位后接到ZDS2022帶寬為200M的示波器上，系統(tǒng)的整體帶寬是多少？答案是：仍然是200M。

圖-2 示波器探頭ZP1025S

我們來(lái)實(shí)測(cè)驗(yàn)證一下，把探頭ZP1025S連接到ZDS2022示波器上，通過(guò)探頭測(cè)量一個(gè)頻率為200M，有效值為200mV的正弦波，測(cè)量結(jié)果如圖3所示，頻率為200M，有效值為161mV，衰減了約2dB。從而，探頭與示波器組成的系統(tǒng)，帶寬仍然達(dá)到了200M。值得注意的是，對(duì)200M的信號(hào)并非衰減越小越好，這會(huì)帶來(lái)其他方面的問(wèn)題。

圖-3 對(duì)200M正弦波的實(shí)測(cè)驗(yàn)證

探頭選用的原則是，探頭的帶寬應(yīng)不低于示波器帶寬，以保證連接到示波器上之后可以充分利用示波器的帶寬。當(dāng)探頭的帶寬低于示波器帶寬時(shí)，系統(tǒng)的帶寬會(huì)受限于探頭帶寬，并可能產(chǎn)生額外的波形畸變，這種畸變是由于探頭與示波器不匹配造成的。使用示波器廠家推薦的探頭，可以避免由于探頭與示波器不匹配造成的額外波形畸變，并在探頭帶寬不低于示波器帶寬時(shí)，保證示波器帶寬擴(kuò)展到探尖。

回到前面的問(wèn)題：一個(gè)200M帶寬的示波器，配一個(gè)200M帶寬的無(wú)源探頭，能行嗎？帶寬會(huì)不會(huì)降低到140M？通過(guò)上面的講解，您應(yīng)該很容易得到答案：這樣的配置是可行的，帶寬不會(huì)降低到140M，但為保證200M的可用帶寬，及避免額外的波形畸變，應(yīng)盡可能用示波器廠家推薦的探頭。

以上就是普科科技PRBTEK給大家分享的示波器探頭帶寬對(duì)示波器的影響，如果大家在選型過(guò)程中有什么問(wèn)題，歡迎訪問(wèn)普科科技PRBTEK網(wǎng)。

用戶在選擇示波器進(jìn)行關(guān)鍵測(cè)量的時(shí)候主要是依據(jù)一些示波器的參數(shù)來(lái)選擇示波器的。那么那些參數(shù)是示波器的重要指標(biāo)參數(shù)呢？泰克示波器dai理商——安泰測(cè)試告訴你：

（1）帶寬；

（2）通道數(shù)

（3）采樣率；

（4）記錄長(zhǎng)度。

上門這4個(gè)參數(shù)，有的客戶對(duì)于示波器的帶寬要求比較高，那么帶寬究竟是什么呢？

帶寬這個(gè)指標(biāo)能告訴我們什么呢？

帶寬是一個(gè)測(cè)量指標(biāo)，簡(jiǎn)單的定義是：示波器測(cè)得正弦波的幅度不低于真實(shí)正弦波信號(hào)3dB 的幅度時(shí)的Z高頻率。一個(gè)理想的示波器帶寬和幅度測(cè)量誤差的曲線圖，當(dāng)被測(cè)正弦波的頻率等于示波器的帶寬(示波器的放大器的響應(yīng)是一階高斯型)時(shí)，幅度測(cè)量誤差大約30%。如果想測(cè)量正弦波的幅度誤差只有3%，被測(cè)正弦波的頻率要比示波器的帶寬要低很多(大約是示波器的帶寬的0.3倍)。由于大多數(shù)信號(hào)是比正弦波復(fù)雜的多，使用示波器測(cè)量信號(hào)的通用法則是：示波器的帶寬是被測(cè)信號(hào)的頻率的5 倍。

帶寬這個(gè)指標(biāo)不能告訴我們什么呢？

Z典型的用戶選擇示波器顯示和測(cè)量復(fù)雜的電和光信號(hào)，觀測(cè)信號(hào)在示波器上幅度對(duì)時(shí)間的顯示。模擬帶寬，一個(gè)示波器重要的指標(biāo)，它應(yīng)該定義在頻域，而不是在時(shí)域。根據(jù)采樣理論，復(fù)雜的信號(hào)在頻域包含豐富的頻譜成分(包含多次正弦波的諧波成分)，利用頻譜分析，可以看到被采樣信號(hào)的頻率成分，然而，如果要充分描述這些頻率成分的特點(diǎn)，就必須知道組成復(fù)雜信號(hào)的每個(gè)成分的準(zhǔn)確幅度和相位信息。在這種情況下，帶寬除了能夠告訴將怎樣捕獲這些細(xì)節(jié)，其它什么也不能告訴我們。從帶寬的測(cè)量角度，我們只知道，輸入一個(gè)頻率和帶寬相同的正弦波，示波器的幅度測(cè)量誤差為30%。

帶寬和上升時(shí)間的關(guān)系是什么

除了對(duì)通用的信號(hào)分析，大多數(shù)的工程師也有對(duì)時(shí)間測(cè)量感興趣，如方波的上升時(shí)間和下降時(shí)間。因此，從指定的帶寬可以評(píng)估示波器系統(tǒng)的上升時(shí)間，我們可以使用下面公式：

tr= 0.35/BW（或0.42/BW）；即：

BW = 0.35/tr（或0.42/tr）=5*Fclock（一般普通信號(hào)的tr=7%*T，其中：T=1/Fclock）。實(shí)際信號(hào)的帶寬：信號(hào)諧波幅值將為0次波（基波）的70%（即下降3dB）時(shí)的諧波頻率。

這里的0.35是示波器帶寬和上升時(shí)間(一階高斯模型時(shí)的10%-90 ％上升時(shí)間)之間的比例系數(shù)，示波器的放大器大多數(shù)使用的是一階高斯型RC低通濾波器的響應(yīng)模型。使用這個(gè)公式很容易計(jì)算出 tr 上升時(shí)間，但是，實(shí)際往往不是這樣的。圖3 的表格給出了不同信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)所需要的測(cè)量系統(tǒng)帶寬的建議，建議的系統(tǒng)帶寬能夠保證上升時(shí)間或其它測(cè)量得到合理的測(cè)試精度。注意，儀器系統(tǒng)很多因數(shù)都會(huì)影響在示波器測(cè)試上升時(shí)間結(jié)果的精度，這些因數(shù)包括信號(hào)源，探頭，以及示波器。

假設(shè)信號(hào)和示波器的測(cè)試系統(tǒng)都是一階響應(yīng)特性，但是在實(shí)際上，特別是今天的高速串行信號(hào)，這個(gè)假設(shè)與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。對(duì)于Z大平坦包絡(luò)延遲響應(yīng)，示波器的帶寬和上升時(shí)間的關(guān)系系數(shù)接近0.45.

那么上升時(shí)間和帶寬比例系數(shù)的變化規(guī)律，20GHz 幅頻響應(yīng)模型也發(fā)生變化，從簡(jiǎn)單的一階響應(yīng)到32 階響應(yīng)。16階和32 階響應(yīng)類似現(xiàn)在的高性能示波器的響應(yīng)特性，這類高性能示波器的tr/BW 比例系數(shù)接近0.4 或0.45。對(duì)于這樣的比例系數(shù)，示波器的幅頻響應(yīng)從低頻到示波器帶寬截止頻率的平坦度非常好。另外，如果儀器使用非常好的濾波器，那么它的幅度和相位都會(huì)得到較好的補(bǔ)償，以便以Z好的保真度捕獲和分析復(fù)雜信號(hào)。什么是真正意義上Z好的示波器？?jī)膳_(tái)示波器具有相同帶寬性能可以有不同的上升時(shí)間，以及不同的幅頻響應(yīng)和相位響應(yīng)！因此，只有知道示波器的帶寬，將無(wú)法可靠地知道其測(cè)量能力或其能夠準(zhǔn)確捕捉復(fù)雜信號(hào)(像高速串行數(shù)據(jù)流)的能力。同時(shí)，示波器的真實(shí)的上升時(shí)間和從示波器帶寬計(jì)算出的上升時(shí)間結(jié)果是否一致值得商榷。

要得到示波器真實(shí)上升時(shí)間和下降時(shí)間，唯yi可靠的途徑就是利用一個(gè)上升時(shí)間比示波器快的多的理想階躍信號(hào)去測(cè)量。

以上關(guān)于示波器帶寬的知識(shí)由安泰測(cè)試整理發(fā)布，歡迎留言探討。