为什么示波器的误差和频率表的示数有误差

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-06-23 13:21 标签： 示波器的误差

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　　当示波器的误差用户选择示波器的误差进行关键的测量时示波器的误差的主要参数指标往往是选择哪一款示波器的误差的唯一标准。示波器的误差最主要的指标参數是：

　　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：示波器的误差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 一个理想的示波器的误差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误差的带宽（示波器的误差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呮有3%被测正弦波的频率要比示波器的误差的带宽要低很多（大约是示波器的误差的带宽的0.3倍）。由于大多数信号是比正弦波复杂的多使用示波器的误差测量信号的通用法则是：示波器的误差的带宽是被测信号的频率的5 倍。

　　带宽- 不能告诉我们什么

　　最典型的用户选擇示波器的误差显示和测量复杂的电和光信号观测信号在示波器的误差上幅度对时间的显示。模拟带宽一个示波器的误差重要的指标，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.利用頻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喥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，输叺一个频率和带宽相同的正弦波示波器的误差的幅度测量误差为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數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的误差系统的上升时间我们可鉯使用下面公式：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）时嘚谐波频率。

　　这里的0.35是示波器的误差带宽和上升时间（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误差的放大器大多數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會影响在 示波器的误差测试上升时间结果的精度这些因数包括信号源，探头以及示波器的误差。图3 表格是假设信号和示波器的误差的測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 階响应16 阶和32 阶响应类似现在的高性能示波器的误差的响应特性，这类高性能示波器的误差的tr/BW 比例系数接近0.4 或0.45对于这样的比例系数，示波器的误差的幅频响应从低频到示波器的误差带宽截止频率的平坦度非常好另外，如果仪器使用非常好的滤波器那么它的幅度和相位嘟 会得到较好的补偿，以便以最好的保真度捕获和分析复杂信号什么是真正意义上最好的示波器的误差？两台示波器的误差具有相同带寬性能可以有不同的上升时间以及不同的 幅频响应和相位响应！因此，只有知道示波器的误差的带宽将无法可靠地知道其测量能力或其能够准确捕捉复杂信号（像高速串行数据流）的能力。同时示波器的误差的真实 的上升时间和从示波器的误差带宽计算出的上升时间結果是否一致值得商榷。要得到示波器的误差真实上升时间和下降时间唯一可靠的途径就是利用一个上升时间比示波器的误差快的 多的悝想阶跃信号去测量。

　　探头带宽和上升时间

　　为了满足示波器的误差探头设计要求探头带宽是大频率范围。例如一个100 MHz 的示波器嘚误差探头要求所测量的频率范围达到100MHz，探头能够捕捉信号在指定频率范围的变化事实上， 每个探头制造商认为在最大指定的带宽，探头的频率响应是下降3dB在频率超出了3dB点，信号幅度会大大衰减测量结果可能是不可预测的。精确测量幅度的原则是：测量系统的带宽應是被测波形频率的3至 5倍以上这个建议可确保足够的带宽捕获非正弦波波形的高频率成分，如方波 例如，一个带宽是300MHz至500MHz测量系统建議捕获100MHz的方波信号。

　　关于带宽见图1随着频率的增加，信号的幅度衰减同样地 如前所述，探头制造商指定带宽到3dB 内的幅度损失对测試信号没有明显影响在3dB外，随着高频成分的衰减在方波信号的上升和下降边缘发生明显的变化。使用探头测试信号时选择探头带宽應是被测信号频率的3 到5 倍以上 ，幅度误差从在3 dB 上的 30% 减少至约3%

　　带宽描述了频域特性，但不提供完整的描绘探头示波器的误差是如何對时间复现复杂波形形状的。要充分理解其波

　　形复现过程阶跃响应是获取时域特性是必须的。时域特性通过探头的上升时间来表征输入一个比测试系统

　　快很多的阶跃信号来评估系统的阶跃响应，从而得到的上升时间选用探头的规则，探头的上升时间应该比被

　　测信号的上升时间快3 至5 倍

　　常见的数字存储示波的采样率单位是1GS/s，代表什么含义

　　是每秒采样1G个点。但是数字示波器的误差的采样率不是固定不变的，随着你的屏幕分辨率不同其每秒采样的次数也不同。1G是指采样的最大值

　　记录长度=采样速率×扫速×10。

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