示波器测量之带宽与采样率

在具体测试过程中，示波器到底选择多少带宽比较合适呢？

首先，看下面的实例。

从上图可以看出，带宽越大，所能显示的信号频率分量越丰富，也就能更加接近真实的信号波形。

1、示波器带宽的精确计算

可按照以下步骤来完成计算：

a、判断被测信号的最快上升/下降时间

b、判断最高信号频率f

f=0.5/RT(10%~90%)

f=0.4/RT(20%~80%)

c、判断所需的测量精确度

所需精确度高斯频响最大平坦频响

20%BW=1.0*fBW=1.0*f

10%BW=1.3*fBW=1.2*f

3%BW=1.9*fBW=1.4*f

d、计算所需带宽。

举例说明：

判断一个高斯响应示波器在测量被测数字信号时所需的最小带宽，其中被测信号最快上升时间为1ns（10%~90%）：

f=0.5/1ns=500MHz

若要求3%的测量误差：所需示波器带宽=1.9*500MHz=950MHz

若要求20%的测量误差：所需示波器带宽=1.0*500MHz=500MHz

因此，决定示波器带宽的重要因素是：被测信号的最快上升时间。

示波器的系统带宽由示波器带宽和探头带宽共同决定：

a、高斯频响：具备高斯频响的示波器，按照10%到90%的标准衡量，上升时间约为0.35/fBW

系统带宽2=示波器带宽2+探头带宽2

b、最大平坦频响：系统带宽=Min{示波器带宽，探头带宽}

例如：1GHz带宽的示波器，配置1GHz带宽的无源探头，若它们的频响为高斯频响，则系统带宽为：700MHz左右。

2、影响示波器带宽的因素

通常，这些因素有：采样率、频响曲线。

a、频率曲线

频响曲线如下图所示。

带宽

被测信号的频率→

b、采样率

根据Nyquist采样定律，采样频率必须2倍于信号最高频率，即：

Fs>2*fmax

才能保证信号可以被无混叠的重构出来。

（1）对于理想砖墙频响来说，采样率=示波器带宽*2，即可重构出信号。但是该情况在真实世界中是不存在的，大多数示波器的频响都是介于理想砖墙频响和高斯频响之间。

（2）对于高斯频响，采样率=示波器带宽*4，可对被测信号中的大部分频率成分进行无混叠重构。通常实际示波器的频响大多比高斯频响陡一点。

（3）对于最大平坦频响，采样率=示波器带宽*2.5，即可对被测信号中的大部分频率成分进行恢复。目前一些高端示波器都可以做到利用2.5倍带宽的采样率来完成信号重构。

是不是采样率越高量测精度越高？

以1GHz正弦波观测为例，见下图。

以6GHz带宽最大平坦频响的示波器（20GSa/s和40GSa/s）为例，

被测信号为：1.25GHz时钟，上升时间为100ps左右。测试结果如下图：

由上图可知，在采样率为带宽6.6倍时，相比3.3倍的情况，波形的重建并不太大改善。因此，采样率够用就好。

相反，更高的采样率并不一定会带来更高的量测精度，原因如下：

（1）更高的采样率会使用多个ADC拼接，造成波形失真。

（2）采样率过高，会使ADC的有效位数降低（可能只能达到4~5位的分辨率）。

因此，量测精度由多个因素共同决定，采样率在够用的前提下，不一定是越高越好，在有些情况下，高采样率反而会带来更差的量测精度。

关于示波器的带宽

关于示波器的带宽 汪进进 美国力科公司深圳代表处 带宽被称为示波器的第一指标，也是示波器最值钱的指标。 示波器市场的划分常以带宽作为首要依据，工程师在选择示波器的时候，首先要确定的也是带宽。在销售过程中，关于带宽的故事也特别多。 通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽，也就是常说的-3dB截止频率点。 此外，还有数字带宽，触发带宽的概念。 我们常说数字示波器有五大功能，即捕获（Capture），观察（View），测量(Measurement)，分析（Analyse）和归档（Document）。 这五大功能组成的原理框图如图1所示。 图1，数字示波器的原理框图 捕获部分主要是由三颗芯片和一个电路组成，即放大器芯片，A/D芯片，存储器芯片和触发器电路，原理框图如下图2所示。被测信号首先经过探头和放大器及归一化后转换成ADC可以接收的电压范围，采样和保持电路按固定采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC将这些电平转化成数字的采样点，这些数字采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析处理。 图2，示波器捕获电路原理框图

示波器放大器的典型电路如图3所示。这个电路在模拟电路教科书中处处可见。这种放大器可以等效为RC低通滤波器如图4所示。 由此等效电路推导出输出电压和输入电压的关系，得出理想的幅频特性的波特图如图5所示。 图3，放大器的典型电路 图4，放大器的等效电路模型 图5，放大器的理想波特图

至此，我们知道带宽f2即输出电压降低到输入电压70.7%时的频率点。 根据放大器的等效模型，我们可进一步推导示波器的上升时间和带宽的关系式，即我们常提到的0.35的关系：上升时间=0.35/带宽，推导过程如下图6所示。 需要说明的是，0.35是基于高斯响应的理论值，实际测量系统中这个数值往往介于0.35-0.45之间。在示波器的datasheet上都会标明“上升时间”指标。 示波器测量出来的上升时间与真实的上升时间之间存在下面的关系式。 在对快沿信号测试中，需要通过该关系式来修正实际被测信号的上升时间。 Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2+(tr probe)2 图6，示波器上升时间和带宽的关系 示波器前端放大器幅频特性的波特图是新示波器发布的“出生证”。 示波器每年需要进行校准，波特图是第一需要校准的数据。示波器波特图的测量方法如图7所示。 信号源从10MHz频率开始逐渐递增发送一定幅值的正弦波送到功分器，功分器将输入的信号能量等分为二后通过等长的线缆分别送到示波器和功率计。 功分器和线缆是无源器件，可以严格定标，信号源本身的幅频特性不可以作为定标仪器，需要通过功率计实测的能量来作为示波器的输入幅值的定标值。 有时候客户会对示波器的波特图很感兴趣，直接用信号源连接到示波器来评估示波器的波特图，在带宽超过1GHz时这种方法是很不严谨的。需要用功率计来作为定标工具！ 2006年二月份的EDN杂志中有文章介绍。 https://www.sodocs.net/doc/372022019.html,/article/CA6305348.html#Calibrating 此外，在计量波特图时需要对示波器每个档位都进行计量,最终产生的波特图是所有档位的结果叠加在一起的。波特图的计量是需要半天时间完成的，并不是想象中那么轻松的工作。如图8所示是力科SDA9000的波特图,我特地将Excel中大量数据显示给大家以使大家对校准的严谨性有深刻认识。 其垂直轴是

示波器主要技术指标及选择资料

精品文档 一、数字示波器的主要性能指标在选择数字示波器时，我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号，即显示信号与被测信号的一致性。数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力，下面根据其主要性能指标进行详细分析。示波器最主要的技术指标是带宽、采样率和存储深度 1、带宽如图1所示，数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号，当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7％时的频率值（即f-3dB）。带宽决定了数字示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，数字示波器对信号的准确显示能力下降。实际测试中我们会发现，当被测信号的频率与数字示波器带宽相近时，数字示波器将无法分辨信号的高频变化，显示信号出现失真。例如：频率为100MHz、电压幅度为1V的信号用带宽为100MHz的数字示波器测试，其显示的电压只有0.7V左右。图2为同一阶跃信号用带宽分别为4GHz、1.5GHz和300MHz 的数字示波器测量所得的结果。从图中可以看出，数字示波器的带宽越高，信号的上升沿越陡，显示的高频分量成分越多，再现的信号越准确。实际应用中考虑到价

（数字示波格因素器带宽越高价格经过实践越贵），我们经验的积累，发现只要数字示波器带宽为被测信号最高频率的倍，即可获得3-5的精2%3%到±±满足一般的测度，示波器所试需求。能准确测量的频大家都遵率范围，循测量的五倍法示波器所需带则：被测信号的最宽=使，高信号频率*5用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过，对大多－2%＋/的操作来说已经足够。 、采样率，2指数字示波器对信号采样的频率，精品文档． 精品文档 表示为样点数每秒（S/s）。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就越高，重

示波器测量之带宽与采样率

在具体测试过程中，示波器到底选择多少带宽比较合适呢？ 首先，看下面的实例。 从上图可以看出，带宽越大，所能显示的信号频率分量越丰富，也就能更加接近真实的信号波形。 1、示波器带宽的精确计算 可按照以下步骤来完成计算： a、判断被测信号的最快上升/下降时间 b、判断最高信号频率f f=0.5/RT(10%~90%) f=0.4/RT(20%~80%) c、判断所需的测量精确度 所需精确度高斯频响最大平坦频响 20%BW=1.0*fBW=1.0*f 10%BW=1.3*fBW=1.2*f 3%BW=1.9*fBW=1.4*f d、计算所需带宽。 举例说明： 判断一个高斯响应示波器在测量被测数字信号时所需的最小带宽，其中被测信号最快上升时间为1ns（10%~90%）： f=0.5/1ns=500MHz 若要求3%的测量误差：所需示波器带宽=1.9*500MHz=950MHz 若要求20%的测量误差：所需示波器带宽=1.0*500MHz=500MHz 因此，决定示波器带宽的重要因素是：被测信号的最快上升时间。 示波器的系统带宽由示波器带宽和探头带宽共同决定： a、高斯频响：具备高斯频响的示波器，按照10%到90%的标准衡量，上升时间约为0.35/fBW 系统带宽2=示波器带宽2+探头带宽2

b、最大平坦频响：系统带宽=Min{示波器带宽，探头带宽} 例如：1GHz带宽的示波器，配置1GHz带宽的无源探头，若它们的频响为高斯频响，则系统带宽为：700MHz左右。 2、影响示波器带宽的因素 通常，这些因素有：采样率、频响曲线。 a、频率曲线 频响曲线如下图所示。 带宽 被测信号的频率→ b、采样率 根据Nyquist采样定律，采样频率必须2倍于信号最高频率，即： Fs>2*fmax 才能保证信号可以被无混叠的重构出来。 （1）对于理想砖墙频响来说，采样率=示波器带宽*2，即可重构出信号。但是该情况在真实世界中是不存在的，大多数示波器的频响都是介于理想砖墙频响和高斯频响之间。 （2）对于高斯频响，采样率=示波器带宽*4，可对被测信号中的大部分频率成分进行无混叠重构。通常实际示波器的频响大多比高斯频响陡一点。 （3）对于最大平坦频响，采样率=示波器带宽*2.5，即可对被测信号中的大部分频率成分进行恢复。目前一些高端示波器都可以做到利用2.5倍带宽的采样率来完成信号重构。 是不是采样率越高量测精度越高？

示波器的三大关键指标

带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三大关键指标。相对于工程师们对示波器带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的选型、评估和测试中为大家所忽视。这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存储深度这两个指针的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的权衡方法，树立正确的使用示波器的观念。 在开始了解采样和存储的相关概念前，我们先回顾一下数字存储示波器的工作原理。 图1 数字存储示波器的原理组成框图 输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，以提高示波器的灵敏度和动态范围。放大器输出的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入内存中，微处理器对内存中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上。这就是数字存储示波器的工作过程。 采样、采样速率 我们知道，计算机只能处理离散的数字信号。在模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化（模/数转化）问题。一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样（sampling）。连续信号必须经过采样和量化才能被计算机处理，因此，采样是数字示波器作波形运算和分析的基础。通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进制代码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。采样电压之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。采样率（sampling rate）就是采样时间间隔。比如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。

关于示波器的采样率-汪进进

关于示波器的采样率汪进进

关于示波器的采样率 采样率（Sampling Rate)，顾名思义就是“采样的速率”，就是单位时间内将模拟电平转换成离散的采样点的速率，譬如采样率为4GSa/s就表示每秒采样4G个点。Sa是Samples的缩写。有些示波器厂商写作4GS/s。当然，采用不同量纲的单位就是MSa/s、MS/s，KSa/s、KS/s，Sa/s，S/s。 1，采样过程反应了数字示波器的本质：将模拟信号离散为一个一个的采样点 数字示波器区别于模拟示波器的一个最大不同是将模拟信号进行离散化。我们常说的话是，“在数字世界里，永远只有0和1”。如何将那些各种不同形状的模拟信号转换成为0和1呢? 图1和图2表示了示波器将模拟信号离散化的过程。采样-保持电路根据采样时钟将连续的模拟信号“等时间间隔地”、“实时地”转换为离散的电平，离散的电平再经过模数转换器（ADC）转换为一系列的0和1。对于8位ADC来说，8个连续的0和1组成一个采样点，代表了一个电平值。示波器将这些离散的采样点直接显示或将点和点通过某种方式相连显示为示波器屏幕上的波形。示波器保存的离散的采样点的个数就是“存储深度(memory）”。 INPUT WA VEFORM SA MPLED WA VEFORM SA MPLING CLOCK 图1 采样-保持电路将模拟信号转换成一个一个离散的电平 汪进进 深圳市鼎阳科技有限公司

图2 ADC将模拟信号离散化为0和1组成的采样点 将图1和图2的离散化过程换个示意图来表达，如图3所示，离散的采样点之间的间隔就是采样周期，采样周期的倒数就是采样率。采样率4GSa/s就表示两个采样点之间的间隔为500ps。在“点显示”方式和“线性插值”模式下，将示波器屏幕上的波形展开，有些示波器能看出屏幕上等时间间隔的采样点，打开示波器光标可以测量出两个点之间的间隔即为采样周期。 图3 采样周期表示相邻两个采样点之间的间隔 2，最高采样率 VS当前采样率 在示波器的前面板上通常都会标识采样率，如图4所示是中国首款智能示波器SDS3000系列中的一款SDS3054，她的面板上标识了采样率为 4GS/s，该采样率就是指这台示波器可以工作到的最高采样率。

如何选择合适的示波器带宽

如何选择合适的示波器带宽 来源:安捷伦科技作者:Johnnie Hancock 带宽是大多数工程师在选择一款示波器时首先考虑的参数。本文将为您提供一些有用的窍门，教您如何为您的数字和模拟应用选择合适的示波器带宽。但首先，我们先看看示波器带宽的定义。 示波器带宽的定义 所有示波器都表现出如图1所示的在较高频率处滚降的低通频率响应。大多数带宽参数在1 GHz及以下的示波器通常表现为高斯响应，即具备约从-3 dB频率的三分之一处开始缓慢滚降的特性。而那些带宽规格超过1 GHz的示波器通常则具备最大平坦频率响应，如图2所示。这种频响通常表现为带内响应较平缓，而在约-3 dB频率处滚降较陡。 图1：低通频率响应

图2：最大平坦频率响应 示波器的这两种频率响应各有各的优缺点。具备最大平坦频响的示波器比具备高斯频响的示波器对带内信号的衰减较小，也就是说前者对带内信号的测量更精确。但具备高斯频响的示波器比具备最大平坦频响的示波器对代外信号的衰减小，也就是说在同样的带宽规格下，具备高斯频响的示波器通常具备更快的上升时间。然而，有时对带外信号的衰减大有助于消除那些根据奈奎斯特标准(fMAX < fS)可能造成混迭的高频成分。关于奈奎斯特采样理论更深入的探讨，请参看安捷伦应用笔记1587(Agilent Application Note 1587) 。 不论您手头的示波器具备高斯频响、最大平坦频响还是介于二者之间，我们都将输入信号通过示波器后衰减3 dB时的最低频率视为该示波器的带宽。示波器的带宽和频响可以利用正弦波信号发生器扫频测量得到。信号在示波器-3dB频率处的衰减转换后可表示为约-30%的幅度误差。因此，我们不能奢望对那些主要的频率成分接近示波器带宽的信号进行精确测量。 与示波器带宽规格紧密相关的是其上升时间参数。具备高斯频响的示波器，按照10%到90%的标准衡量，上升时间约为0.35/fBW。具备最大平坦频响的示波器上升时间规格一般在0.4/fBW范围上，随示波器频率滚降特性的陡度不同而有所差异。但我们必须记住的是，示波器的上升时间并非示波器能精确测量的最快的边缘速度，而是当输入信号具备理论上无限快的上升时间(0 ps)时，示波器能够得到的最快边沿速度。尽管实际上这种理论参数不可能测得到，因为脉冲发生器不可能输出边沿无限快的脉冲，但我们可以通过输入一个边沿速度为示波器上升时间规格的3到5倍的脉冲来测量示波器的上升时间。 数字应用需要的示波器带宽 经验告诉我们，示波器的带宽至少应比被测系统最快的数字时钟速率高5倍。如果我们选择的示波器满足这一标准，那么该示波器就能以最小的信号衰减捕捉到被测信号的5次谐波。信号的5次谐波在确定数字信号的整体形状方面非常重要。但如果需要对高速边沿进行精确测量，那么这个简单的公式并未考虑到快速上升和下降沿中包含的实际高频成分。 公式：fBW ≥ 5 x fclk 确定示波器带宽的一个更准确的方法是根据数字信号中存在的最高频率，而不是最大时钟速率。数字信号的最高频率要看设计中最快的边沿速度是多少。因此，我们首先要确定设计中最快的信号的上升和下降时间。这一信息通常可从设计中所用器件的公开说明书中获取。 第一步：确定最快的边沿速度 然后就可以利用一个简单的公式计算信号的最大“实际”频率成分。Howard W. Johnson 博士就此题目写过一本书《高速数字设计》。在书中，他将这一频率成分称为“拐点”频率(fknee)。所有快速边沿的频谱中都包含无限多的频率成分，但其中有一个拐点(或称“knee”)，高于该频率的频率成分对于确定信号的形状就无关紧要了。 第二步：计算fknee fknee = 0.5/RT (10% - 90%) fknee = 0.4/RT (20% - 80%) 对于上升时间特性按照10% 到90%阀值定义的信号而言，拐点频率fknee等于0.5除以信号的上升时间。对上升时间特性按照20% 到80%阀值定义的信号而言(如今的器件规范中通常采用这种定义方式)，fknee等于0.4除以信号的上升时间。但注意不要把此处的信号上升时间与示波器的上升时间规格混淆了，我们这里所说的是实际的信号边沿速度。

理解示波器带宽

当示波器用户选择示波器进行关键的测量时，示波器的主要参数指标往往是选择哪一款示波器的唯一标准。示波器最主要的指标参数是： （1）带宽； （2）采样率； （3）记录长度。 带宽- 这个指标能告诉我们什么？ 模拟带宽是一个测量指标，简单的定义是：示波器测得正弦波的幅度不低于真实正弦波信号3dB 的幅度时的最高频率（见的IEEE －1057）。如图1，是一个理想的示波器带宽和幅度测量误差的曲线图，从图1可以看出，当被测正弦波的频率等于示波器的带宽（示波器的放大器的响应是一阶高斯型）时，幅度测量误差大约30%。如果想测量正弦波的幅度误差只有3%，被测正弦波的频率要比示波器的带宽要低很多（大约是示波器的带宽的0.3倍）。由于大多数信号是比正弦波复杂的多，使用示波器测量信号的通用法则是：示波器的带宽是被测信号的频率的5 倍。 带宽- 不能告诉我们什么 最典型的用户选择示波器显示和测量复杂的电和光信号，观测信号在示波器上幅度对时间的显示。模拟带宽，一个示波器重要的指标，它应该定义在频域，而不是在时域。根据采样理论，复杂的信号在频域包含丰富的频谱成分（包含多次正弦波的谐波成分），见图2.利用频谱分析，可以看到被采样信号的频率成分，

然而，如果要充分描述这些频率成分的特点，就必须知道组成复杂信号的每个成分的准确幅度和相位信息。在这种情况下，带宽除了能够告诉将怎样捕获这些细节，其它什么也不能告诉我们。从带宽的测量角度，我们只知道，输入一个频率和带宽相同的正弦波，示波器的幅度测量误差为30%。 带宽和上升时间的关系是什么 除了对通用的信号分析，大多数的工程师也有对时间测量感兴趣，如方波的上升时间和下降时间。因此，从指定的带宽可以评估示波器系统的上升时间，我们可以使用下面公式：tr= 0.35/BW（或0.42/BW）；即：BW = 0.35/tr（或0.42/tr）=5*Fclock（一般普通信号的tr=7%*T，其中：T=1/Fclock）。实际信号的带宽：信号谐波幅值将为0次波（基波）的70%（即下降3dB）时的谐波频率。 这里的0.35是示波器带宽和上升时间（一阶高斯模型时的10%-90 ％上升时间）之间的比例系数，示波器的放大器大多数使用的是一阶高斯型RC低通滤波器的响应模型。使用这个公式很容易计算出tr 上升时间，但是，实际往往不是这样的。图3 的表格给出了不同信号标准所需要的测量系统带宽的建议，建议的系统带宽能够保证上升时间或其它测量得到合理的测试精度。注意，仪器系统很多因数都会影响在示波器测试上升时间结果的精度，这些因数包括信号源，探头，以及示波器。图3 表格是假设信号和示波器的测试系统都是一阶响应特性，但是在实际上，特别是今天的高速串行信号，这个假设与实际相差甚远。对于最大平坦包络延迟响应，示波器的带宽和上升时间的关系系数接近0.45.在图3中，可以看出上升时间和带宽比例系数的变化，20GHz 幅频响应模型也发生变化，从简单的一阶响应到32 阶响应。16 阶和32 阶响应类似现在的高性能示波器的响

示波器基础系列之一 —— 关于示波器带宽

示波器基础系列之一——关于示波器带宽（一） 关于示波器的带宽 带宽被称为示波器的第一指标，也是示波器最值钱的指标。示波器市场的划分常以带宽作为首要依据，工程师在选择示波器的时候，首先要确定的也是带宽。在销售过程中，关于带宽的故事也特别多。 通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽，也就是常说的-3dB截止频率点。此外，还有数字带宽，触发带宽的概念。 我们常说数字示波器有五大功能，即捕获（Capture），观察（View），测量(Measurment)，分析（Analyse）和归档（Document）。这五大功能组成的原理框图如图1所示。 图1，数字示波器的原理框图 捕获部分主要是由三颗芯片和一个电路组成，即放大器芯片，A/D芯片，存储器芯片和触发器电路，原理框图如下图2所示。被测信号首先经过探头和放大器及归一化后成ADC可以接收的电压范围，采样和保持电路按固定采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC将这些电平转化成数字的采样点，这些数字采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析处理。

图2，示波器捕获电路原理框图 示波器放大器的典型电路如图3所示。这个电路在模拟电路的教科书上处处可见。这种放大器可以等效为RC低通滤波器如图4所示。由此等效电路推导出输出电压和输入电压的关系，得出理想的幅频特性的波特图如图5所示。

图3，放大器的典型电路 图4，放大器的等效电路模型

至此，我们知道带宽f2即输出电压降低到输入电压70.7%时的频率点。根据放大器的等效模型，我们可进一步推导示波器的上升时间和带宽的关系式，即我们常提到的0.35的关系：上升时间=0.35/带宽，推导过程如下图6所示。需要说明的是，0.35是基于高斯响应的理论值，实际测量系统中这个数值往往介于0.35-0.45之间。在示波器的datasheet上都会标明“上升时间”指标。示波器测量出来的上升时间与真实的上升时间之间存在下面的关系式。在对快沿信号测试中，需要通过该关系式来修正实际被测信号的上升时间。 Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2+(tr probe)2 示波器前端放大器幅频特性的波特图是新示波器发布的“出生证”。示波器每年需要进行校准，波特图是第一需要校准的数据。示波器波特图的测量方法如图

示波器带宽和采样率选择

1 电源测量中带宽的选择 示波器带宽有四个相关名词：模拟带宽、数字带宽，系统带宽和触发带宽。数字带宽等于采样率的一半，实用意义不大。触发带宽是示波器厂商“硬”造出来的一个概念，是指示波器触发电 路可以正常工作的最大输入正弦信号的频率。对于高端示波器，触发电路在输入信号频率超过 一定大小就不能工作了! 系统带宽是指示波器前端放大器和探头、测试夹具等组成的测量系统 的带宽。一般不特别说明，带宽即是指示波器的模拟带宽,也就是示波器前端放大器的幅频特 性曲线的截止频率点。示波器的放大器是低通滤波器，其幅频特性曲线如图1所示，带宽就是输入电压幅值降低到输入 -3dB(70.7%)时的截止频率点。 带宽选择的理论依据，用一句话来概括就是带要能覆盖被测信号能量的99%以上。我们知道，任何信号都可以分解为无数次谐波的叠加，但是被测信号分解到多少次谐波之后能量会衰减到只剩下1%呢？这个答案不直观，因此带宽的选择是示波器行业的销售人员几乎每天都会遇 到的问题。这个问题有时侯很严肃，有时侯很滑稽。其实，带宽的选择是一个相对的结果，它取决于被测信号的类型和测量的准确度。最关键的因素是上升时间。上升时间越小，上升沿越陡，被测信号的高次谐波含量越丰富，需要的带宽越大。这里面就需要一些数学上的推导来确 定具体上升时间和信号能量之间的量化关系。业内比较认可的两个带宽选择的原则是： ?当被测信号是串行数据时，串行数据的上升时间如果大于20% UI（一个比特位的时间长度），那么示波器带宽只要达到被测信号比特率的1.8倍就能覆盖信号能量的99.9%。如 果上升时间大于30% UI,只要1.2倍信号的比特率就足够了。现实电路中，串行数据的上升 时间绝大多数在接收端时都大于30%了。因此，对于3Gbps的SATA信号，在经过夹具之后 用4GHz示波器就可以。大家可以用4GHz、6GHz、13GHz测试后比较一下看看。 ?电源不是串行信号，上面的规则并不适用。在很久很久以前，业内一就直流传的带宽选择 依据是“3到5倍”法则，即带宽是被测信号频率的“3到5倍”。其实这里面没有强调上升时间，这个法则不够具有普适性。SI之父Howard Johnson以其个人权威给出一个从示波器上升时间 来选择带宽的原则，但他没有给出详细的推导。

数字示波器的带宽及使用方法

关于示波器的带宽 带宽被称为示波器的第一指标，也是示波器最值钱的指标。示波器市场的划分常以带宽作为首要依据，工程师在选择示波器的时候，首先要确定的也是带宽。在销售过程中，关于带宽的故事也特别多。 通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽，也就是常说的-3dB截止频率点。此外，还有数字带宽，触发带宽的概念。 我们常说数字示波器有五大功能，即捕获(Capture)，观察(View)，测量(Measurment)，分析(Analyse)和归档(Document)。 图1，数字示波器的原理框图 捕获部分主要是由三颗芯片和一个电路组成，即放大器芯片，A/D芯片，存储器芯片和触发器电路，原理框图如下图2所示。被测信号首先经过探头和放大器及归一化后成ADC可以接收的电压范围，采样和保持电路按固定采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC 将这些电平转化成数字的采样点，这些数字采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析处理。

图2，示波器捕获电路原理框图 至此，我们知道带宽即输出电压降低到输入电压70.7%时的频率点。根据放大器的等效模型，我们可进一步推导示波器的上升时间和带宽的关系式，即我们常提到的0.35的关系：上升时间=0.35/带宽，推导过程如下图6所示。需要说明的是，0.35是基于高斯响应的理论值，实际测量系统中这个数值往往介于0.35-0.45之间。在示波器的datasheet上都会标明“上升时间”指标。示波器测量出来的上升时间与真实的上升时间之间存在下面的关系式。在对快沿信号测试中，需要通过该关系式来修正实际被测信号的上升时间。 数字示波器的使用方法 虽然示波器的牌号、型号、品种繁多，但其基本组成和功能却大同小异，本文介绍通用示波器的使用方法。 一、面板介绍 1.亮度和聚焦旋钮 亮度调节旋钮用于调节光迹的亮度(有些示波器称为"辉度")，使用时应使亮度适当，若过亮，容易损坏示波管。聚焦调节旋钮用于调节光迹的聚焦(粗细)程度，使用时以图形清晰为佳。 2.信号输入通道 常用示波器多为双踪示波器，有两个输入通道，分别为通道1(CH1)和通道2(CH2)，可分别接上示波器探头，再将示波器外壳接地，探针插至待测部位进行测量。 3.通道选择键(垂直方式选择) 常用示波器有五个通道选择键：

示波器带宽与采样频率计算

1.示波器测量之带宽与采样率 在具体测试过程中，示波器到底选择多少带宽比较合适呢？ 首先，看下面的实例。 从上图可以看出，带宽越大，所能显示的信号频率分量越丰富，也就能更加接近真实的信号波形。 1、示波器带宽的精确计算 可按照以下步骤来完成计算： a、判断被测信号的最快上升/下降时间 b、判断最高信号频率f f = 0.5/RT (10%~90%) f = 0.4/RT (20%~80%) c、判断所需的测量精确度 所需精确度 高斯频响 最大平坦频响 20% BW=1.0*f BW=1.0*f 10% BW=1.3*f BW=1.2*f 3% BW=1.9*f BW=1.4*f d、计算所需带宽。 举例说明：

判断一个高斯响应示波器在测量被测数字信号时所需的最小带宽，其中被测信号最快上升时间为1ns （10%~90%）： f = 0.5/1ns = 500MHz 若要求3%的测量误差：所需示波器带宽= 1.9*500MHz = 950 MHz 若要求20%的测量误差：所需示波器带宽= 1.0*500MHz = 500MHz 因此，决定示波器带宽的重要因素是：被测信号的最快上升时间。 示波器的系统带宽由示波器带宽和探头带宽共同决定： a、高斯频响：系统带宽= b、最大平坦频响：系统带宽= Min{示波器带宽，探头带宽} 例如：1GHz带宽的示波器，配置1GHz带宽的无源探头，若它们的频响为高斯频响，则系统带宽为：700MHz左右。 2、影响示波器带宽的因素 通常，这些因素有：采样率、频响曲线。 a、频率曲线 频响曲线如下图所示。 b、采样率 根据Nyquist采样定律，采样频率必须2倍于信号最高频率，即：

示波器主要技术指标及选择

示波器主要技术指标及选择-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

一、数字示波器的主要性能指标在选择数字示波器时，我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号，即显示信号与被测信号的一致性。数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力，下面根据其主要性能指标进行详细分析。示波器最主要的技术指标是带宽、采样率和存储深度 1、带宽如图1所示，数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号，当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7％时的频率值（即f-3dB）。带宽决定了数字示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，数字示波器对信号的准确显示能力下降。实际测试中我们会发现，当被测信号的频率与数字示波器带宽相近时，数字示波器将无法分辨信号的高频变化，显示信号出现失真。例如：频率为100MHz、电压幅度为1V的信号用带宽为100MHz的数字示波器测试，其显示的电压只有0.7V左右。图2为同一阶跃信号用带宽分别为4GHz、1.5GHz和300MHz的数字示波器测量所得的结果。从图中可以看出，数字示波器的带宽越高，信号的上升沿越陡，显示的高频分量成分越多，再现的信号越准确。实际应 用中考虑到价格 因素（数字示波 器带宽越高价格 越贵），经过实 践经验的积累， 我们发现只要数 字示波器带宽为 被测信号最高频 率的3-5倍，即 可获得±3%到± 2%的精度，满足 一般的测试需 求。示波器所能 准确测量的频率 范围，大家都遵 循测量的五倍法 则：示波器所需 带宽=被测信号的 最高信号频率 *5，使用五倍准 则选定的示波器 的测量误差将不 会超过＋/－2%， 对大多的操作来 说已经足够。 2、采样率， 指数字示波器对 信号采样的频 率，表示为样点 数每秒（S/s）。

关于示波器的十个问题和十个答案

关于示波器的十个问题和十个答案 示波器数字示波器一直是工程师设计、调试产品的好帮手。但随着计算机、半 导体和通信技术的发展，电路系统的信号时钟速度越来越快，信号上升时间也 越来越短，导致因底层模拟信号完整性问题引发的数字错误日益突出。针对这 些新的测试挑战，示波器供应商不断推出了性能更好的数字示波器。但要想准 确快速地对系统信号进行分析，测量时还有很多新的因素必须考虑。如仪器速 度能否跟上被测信号的变化、带宽是否足够、测量方法会不会引入干扰，甚至 还有所使用的探头是否合适等等。 问题1：每台示波器都有一个频率范围，比如10M、60M、100M……，我手头用的示波器标称为60MHz，是不是可以理解为它最大可以测到60MHz？ 可我用它测4.1943MHz的方波时都测不到，这是什么原因？ 答：60MHz带宽示波器，并不意味着可以很好地测量60MHz的信号。根 据示波器带宽的定义，若输入峰峰值为1V的60MHz正弦波到60MHz带宽示 波器上，您在示波器上将看到0.707V的信号(30%幅值测量误差)。如果测试方波，选择示波器的参考标准应是信号上升时间，示波器带宽＝0.35/ 信号上升时间×3，此时您的上升时间测量误差为5.4%左右。 示波器的探头带宽也很重要，若使用的示波器探头包括其前端附件构成的 系统带宽很低，将会使示波器带宽大大下降。如若使用20MHz带宽的探头， 则能实现的最大带宽是20MHz，如果在探头前端使用连接导线，将会进一步降 低探头性能，但对4MHz左右方波不应有太大影响，因为速度不是很快。 另外还要看一下示波器使用手册，有的60MHz示波器在1:1设置下，其实际带宽将锐减到6MHz以下，对于4MHz左右的方波，其三次谐波是12MHz，五次谐波是20MHz，若带宽降到6MHz，对信号幅值衰减很大，即使能看到信 号也绝对不是方波，而是幅值被衰减了的正弦波。 当然，测不出信号的原因可能有多种，如探头接触不好(该现象很容易排除)，建议用BNC电缆连接一函数发生器，检验该示波器本身有没有问题，探 头有没有问题，如有问题，可和厂家直接联系。 问题2：有些瞬时信号稍纵即失，如何捕捉并使其重现？ 答：将示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成Normal，触发条件设 置成边沿触发，并将触发电平调到适当值，然后将扫描方式设置成单次方式)， 注意示波器的存储深度将决定您能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。 问题3：在PLL中周期抖动可以衡量一个设计的好坏，但是要精确测量却 非常困难，有什么方法和技巧吗？ 答：在使用示波器时，要注意其本身的抖动相关指标是否满足您的测试需求，如示波器本身的触发抖动指标等。同时要注意使用不同的探头和探头连接

示波器的带宽和采样频率__第37问

采样率是数字上的，每秒采样多少个样点。 采样率理论上需要满足农效香采样定律，即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采2个点，否则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素，比如波形的重构算法等，Siglent系列示波器采用先进的波形重构算法,同时配备有插值算法，精确重构波形。一般来说采样率是带宽的4－5倍就可以比较准确地再现波形 带宽与采样率 示波器的带宽（BW）直接表现出它所能测量信号的最小上升时间（Tr），它们之间的关系为：BW=0.35/Tr。示波器上标称的采样率都为实时采样率，采样率跟带宽一般没直接关系。对带宽为60M的示波器，它能测量的最小上升时间约为6ns。频率为1M的信号其上升沿也可做到只有200ps，拿这个示波器来测量这个信号的话其上升沿的测量值将大于6ns（探头有‘损耗’），严重失真。对常规信号来说，示波器带宽与所测信号频率之间的关系满足三倍（精度90%）或者五倍（精度97%）原则，对三倍原则60M带宽示波器所能测量的最大频率为20M。 示波器知识100问 1．对一个已设计完成的产品，如何用示波器经行检测分析其可靠性？ 答：示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一，通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常，验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2．决定示波器探头价格的主要因素是什么？ 答：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的 主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络)。

最新示波器主要技术指标及选择资料

一、数字示波器的主要性能指标在选择数字示波器时，我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号，即显示信号与被测信号的一致性。数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力，下面根据其主要性能指标进行详细分析。示波器最主要的技术指标是带宽、采样率和存储深度 1、带宽如图1所示，数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号，当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7％时的频率值（即f-3dB）。带宽决定了数字示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，数字示波器对信号的准确显示能力下降。实际测试中我们会发现，当被测信号的频率与数字示波器带宽相近时，数字示波器将无法分辨信号的高频变化，显示信号出现失真。例如：频率为100MHz、电压幅度为1V的信号用带宽为100MHz的数字示波器测试，其显示的电压只有0.7V左右。图2为同一阶跃信号用带宽分别为4GHz、1.5GHz和300MHz的数字示波器测量所得的结果。从图中可以看出，数字示波器的带宽越高，信号的上升沿越陡，显示的高频分量成分越多，再现的信号越准确。实际应用中考虑到价 格因素（数字示波 器带宽越高价格 越贵），经过实践 经验的积累，我们 发现只要数字示 波器带宽为被测 信号最高频率的 3-5倍，即可获得 ±3%到±2%的精 度，满足一般的测 试需求。示波器所 能准确测量的频 率范围，大家都遵 循测量的五倍法 则：示波器所需带 宽=被测信号的最 高信号频率*5，使 用五倍准则选定 的示波器的测量 误差将不会超过 ＋/－2%，对大多 的操作来说已经 足够。 2、采样率， 指数字示波器对 信号采样的频率，

表示为样点数每秒（S/s）。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丢失的概率就越小，信号重建时也就越真实。根据奈奎斯特定理，采样速率要大于等于2倍的被测信号频率，才能不失真地还原原始信号。但这个定理的前提是基于无限长的时间和连续的信号，在实际测试中，数字示波器的技术无法满足此条件。根据实践经验的积累，数字示波器为了准确地再现原始信号，采样速率一般为原始信号最高频率的2.5-10倍。 3、存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果需要不间断的捕捉一个脉冲串，则要求示波器有足够的内存以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度，可以计算出所要求的存储深度，也称记录长度。并不是有些国内二流厂商对外宣称的“存储深度是指波形录制时所能录制的波形最长记录“，这样的偷换概念，完全向相反方向引导人们的理解，难怪乎其技术指标高达”1042K“的记录长度。这就是为什么他们不说存储深度是在高速采样下，一次实时采集波形所能存储的波形点数。把经过 A/D数字化后的八位二进制波形信息存储到示波器的高速CMOS内存中，就是示波器的存储，这个过程是“写过程”。内存的容量（存储深度）是很重要的。对于DSO，其最大存储深度是一定的，但是在实际测试中所使用的存储长度却是可变的。 在存储深度一定的情况下，存储速度越快，存储时间就越短，他们之间是一个反比关系。同时采样率跟时基（timebase）是一个联动的关系，也就是调节时基檔位越小采样率越高。存储速度等效于采样率，存储时间等效于采样时间，采样时间由示波器的显示窗口所代表的时间决定，所以；存储深度＝采样率×采样时间（距离 = 速度×时间）由于DSO的水平刻度分为12格，每格的所代表的时间长度即为时基（timebase）,单位是s/div,所以采样时间＝ timebase × 12. 由存储关系式知道：提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率，当要测量较长时间的波形时，由于存储深度是固定的，所以只能降低采样率来达到，但这样势必造成波形质量的下降；如果增大存储深度，则可以以更高的采样率来测量，以获取不失真的波形。下图曲线揭示了采样率、存储深度、采样时间三者的关系及存储深度对示波器实际采样率的影响。比如，当时基选择10us/div文件位时，整个示波器窗口的采样时间是10us/div * 12格=120us，在1Mpts的存储深度下，当前的实际采样率为：1M ÷120us︽8.3GS/s，如果存储深度只有250K，那当前的实际采样率就只要2.0GS/s了！存储深度决定了实际采样率的大小，一句话，存储深度决定了DSO同时分析高频和低频现象的能力，包括低速信号的高频噪声和高速信号的低频调制。明白了存储深度与取样速度密切关系后，我们来浅谈下长存储对于我们平常的测量带来什么的影响呢？平常分析一个十分稳定的正弦信号，只需要500点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字元数据流，则需要有上万个点或更多点的存储深度，这是普通存储是做不到的，这时候就需要我们选择长存储

示波器带宽决定

（1）确定转折频率（knee frequency） 信号上升时间和功率谱之间的关系 从上图可以看出上升沿对于能量分布的影响。上升沿越陡，信号能量集中的范围越宽，示波器需要的带宽就越宽；反之越窄。 在转折频率之后，信号以比20DB/decade快很多的速度衰减。也就是说在此之后频率范围内，信号能量很小。 得到的转折频率是Fknee=0.5/Tr （2）确定信号带宽 对于边沿很陡的信号，比如DDR3信号，需要按照上升时间来评估信号带宽； 对于高速信号（RP3，SRIO），这些信号边沿很缓（>0.2UI），这种情况直接采用‘频率x1.8’来确定带宽。 Example: DDR3信号，20 - 80%的上升时间大约在80~120ps 左右 Fknee = 0.4/Tr (20 - 80%) or 0.5/Tr (10 - 90%) Scope bandwidth required = 1.4 x Fknee = 7 GHz (97% accuracy) Scope bandwidth required = 1.2 x Fknee = 6 GHz (95% accuracy) Scope bandwidth required = 1.0 x Fknee = 5 GHz (90% accuracy) Example:对于高速信号 Scope bandwidth required = 1.8 x F (99% accuracy @ Tr>20%UI) （3）设备选择 按照上面的公式计算出来比如8Ghz，那么只需要选择>=8G的示波器+>=8G的探头+>=8G的TIP组合在一起就可以了。 以前的经验公式：如下，已经不适用了，因为现在的新技术保证了这一点。

示波器带宽和采样率(泰克,安捷伦)

每台示波器都有一个频率范围，比如10M、60M、100M……，我手头用的示波器标称为60MHz，是不是可以理解为它最大可以测到 60MHz？可我用它测4.1943MHz的方波时都测不到，这是什么原因？ 答：60MHz带宽示波器，并不意味着可以很好地测量60MHz的信号。根据示波器带宽的定义，若输入峰峰值为1V的60MHz正弦波到60MHz带宽示波器上，您在示波器上将看到0.707V的信号(30%幅值测量误差)。如果测试方波，选择示波器的参考标准应是信号上升时间，示波器带宽＝0.35/ 信号上升时间×3，此时您的上升时间测量误差为5.4%左右。 示波器的探头带宽也很重要，若使用的示波器探头包括其前端附件构成的系统带宽很低，将会使示波器带宽大大下降。如若使用 20MHz带宽的探头，则能实现的最大带宽是20MHz，如果在探头前端使用连接导线，将会进一步降低探头性能，但对4MHz左右方波不应有太大影响，因为速度不是很快。 另外还要看一下示波器使用手册，有的60MHz示波器在1:1设置下，其实际带宽将锐减到6MHz以下，对于4MHz左右的方波，其三次谐波是12MHz，五次谐波是20MHz，若带宽降到6MHz，对信号幅值衰减很大，即使能看到信号也绝对不是方波，而是幅值被衰减了的正弦波。

当然，测不出信号的原因可能有多种，如探头接触不好(该现象很容易排除)，建议用BNC电缆连接一函数发生器，检验该示波器本身有没有问题，探头有没有问题，如有问题，可和厂家直接联系。 问题2：有些瞬时信号稍纵即失，如何捕捉并使其重现？ 答：将示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成Normal，触发条件设置成边沿触发，并将触发电平调到适当值，然后将扫描方式设置成单次方式)，注意示波器的存储深度将决定您能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。 问题3：在PLL中周期抖动可以衡量一个设计的好坏，但是要精确测量却非常困难，有什么方法和技巧吗？ 答：在使用示波器时，要注意其本身的抖动相关指标是否满足您的测试需求，如示波器本身的触发抖动指标等。同时要注意使用不同的探头和探头连接附件时，若不能保证示波器的系统带宽，测量结果也会不准确。另外关于PLL设置时间的测量，可使用示波器+USB-GPIB 适配器+软件选件来完成，也可用较为便宜的调制域分析仪。 问题4：为什么我的示波器有时候抓不到经过放大后的电流信呢?

示波器的性能参数

示波器的性能参数和部分型号示波器的使用 示波器在电路的测试和诊断中有着重要的作用。电路测试时我们需要对波形进行分析，检测硬件电路的设计是否符合设计要求。示波器，简单来说，我们可以简单理解为AD转换器和数据存储器的一个结合。在有些示波器中，它是利用数据缓存器来完成示波器的功能的，通过与PC端相连接，将缓存器的数据存储到电脑里面，使用起来方便快捷。例如，PicoScope示波器。示波器，主要是对待测信号的采样以及如何不失真的将信号记录下来。因而，示波器的选择也影响着科研工作者的工作效率。 我们基本上可以从以下方面考虑，进而着手选择一款适合实验条件的示波器。对于初学者来说，一般考虑采样时基，采样的点数（也就是缓存空间的大小，等效于存储深度），采样率和采样间隔这四个参数。 一、采样时基 采样时基影响着采样时间。从示波器的一帧图画中我们可以看出，示波器的显示界面是有10个或者12个小格子组成的，每个小个子所代表的时间就是时基。采样时间=采样时基*格子数 二、采样点数 示波器的真正采样频率和带宽的体现，采样点数的设置受制于示波器本身的存储深度。示波器的采样率或者带宽也受限于存储深度。存储的空间越大，示波器的采样率也就越高。我们可以这样假设，假如信号源是正弦波，首先要做的是采样，只有采样的频率越快，采样点数才越多，信号的失真度也就越小。采样频率过低的话，正弦波信号就会失真，导致示波器显示的波形达不到预期。对信号的采集过程，首先得对待测信号有个基本的判断。由奈奎斯特采样定律可以知道，使得信号不失真的最小采样频率应当至少是信号最高频率的两倍。但是在实际的实验中，一般取4~5倍信号才不会失真。