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標(biāo)題: 如何理解示波器帶寬的5倍法則 [打印本頁]

作者: agitek2008 時(shí)間: 2019-1-3 11:21
標(biāo)題: 如何理解示波器帶寬的5倍法則
      經(jīng)常使用示波器或者了解示波器的伙伴們可能都聽說過示波器的“5倍法則”，講述的具體是什么意思呢？為什么會(huì)有5倍法則，而不是3倍、4倍法則？
      今天就簡(jiǎn)單給大家聊一聊5倍法則的來歷。
      首先給大家簡(jiǎn)單介紹一下示波器模擬帶寬的定義。示波器的整個(gè)模擬通道相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，示波器帶寬就是指該低通濾波器的3dB截止頻率。如果測(cè)試一個(gè)頻率與示波器標(biāo)定帶寬相同的正弦波信號(hào)，電壓幅度測(cè)試結(jié)果將下降為真實(shí)電壓值的0.707，如果用對(duì)數(shù)表示，則測(cè)量幅度將降低3dB。

圖1. 示波器的帶寬定義(BW=100MHz)

      測(cè)試信號(hào)幅度時(shí)，如果希望測(cè)試精度至少達(dá)到98%，則對(duì)示波器的模擬帶寬是有要求的。因?yàn)槟M通道的頻響并非是平坦的，BW≤1GHz的示波器模擬通道通常為一階低通濾波器頻響，具有一定的滾降特性，如圖1所示。頻率越高，對(duì)信號(hào)的衰減越大，幅度測(cè)試誤差越大。所以，高精度幅度測(cè)試對(duì)示波器帶寬提出了更高的要求。
      那么如何選擇示波器帶寬才能保證測(cè)試精度不低于98%呢？
      此處僅討論示波器模擬通道為一階低通濾波器頻響的情況。對(duì)于一階低通濾波器，其傳輸函數(shù)可以表示為：

式中，為低通濾波器的3dB截止頻率。
假設(shè)正弦波信號(hào)的幅度為1V，當(dāng)測(cè)試精度不低于98%時(shí)，則需要滿足如下關(guān)系：

經(jīng)化簡(jiǎn)可以得到：

      上式表明，測(cè)試正弦波信號(hào)時(shí)，如果要保證98%的幅度測(cè)試精度，則要求示波器的帶寬不低于信號(hào)頻率的4.93倍。
      為了方便，一般建議示波器帶寬至少為正弦波信號(hào)頻率的5倍。這就是5倍法則的由來。
      5倍法則由來已久，過去的示波器帶寬并不高，而且?guī)捲?GHz以下的示波器應(yīng)用更加廣泛，所以5倍法則非常流行。即使在現(xiàn)在，該法則在中低端示波器上依然適用。
      盡管如此，選擇高帶寬示波器時(shí)，卻不需要按照5倍法則選擇，并不是因?yàn)楦邘捠静ㄆ鞯哪M通道頻響很平坦，相反，依然是低頻衰減小、高頻衰減大的低通濾波器頻響。而是因?yàn)楦叨耸静ㄆ魍?往具有DSP filter的功能，如下圖所示，這是通過數(shù)字算法的形式對(duì)模擬通道的頻響作補(bǔ)償，從而得到平坦的幅頻響應(yīng)和線性的相頻響應(yīng)。
      對(duì)于寬帶信號(hào)的采集以及高速率碼流信號(hào)的采集，DSP filter是非常必要的。大家不要認(rèn)為這會(huì)“修改”待測(cè)信號(hào)而擾亂測(cè)試，恰恰相反，DSP filter會(huì)提高信號(hào)測(cè)試精度，因?yàn)樗a(bǔ)償?shù)氖鞘静ㄆ髂M通道的頻響，而不是改變待測(cè)信號(hào)。

圖2. 高端示波器支持DSP filter功能以提高信號(hào)測(cè)試精度

本文由泰克示波器代理商安泰測(cè)試整理，希望通過本文能夠讓大家對(duì)示波器5倍法則有所了解。了解更多電子測(cè)量儀器相關(guān)知識(shí)請(qǐng)咨詢安泰測(cè)試www.agitek.com.cn。

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