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示波器探头带宽越高越好吗

  发布时间: 2021-09-29      浏览量:51
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      “示波器的带宽当然是越高越好”。这句话从某种意义上是正确的:带宽越高,意味能够准确测量被测信号的带宽越高,价值越大,也越值钱。但是,从使用角度来说,带宽越高未必越好。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,这也是需要考虑的重要因素。

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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,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,对于所进行的特定测试,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。

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。

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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。

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随着频率增加出现 3 dB 点的示例


       现在已经了解了3 dB 点理论,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。

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       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。

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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,我们用100 MHz探头测量100 MHz时钟。完成这个测量后,最终将会在屏幕上看到如下图所示的正弦波。因此,无法得到准确的上升时间或任何真正的信号细节。这意味着所做的任何测量都不准确,毫无意义。


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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100 MHz信号,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。

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使用 500 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号

 

       以上内容由普科科技prbtek为您分享,由此可见,示波器探头带宽并非越高越好,要处理的信号选择合适的探头带宽是很重要的。但带宽过高也不好,过犹不及。在确定多大带宽适合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大家不犯错误。

如果您在使用过程有什么问题,咨询普科科技官网:www.prbtek.com

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