示波器的带宽增强技术

  随着示波器带宽需求的不断提升和数字处理技术的发展，示波器里越来越多地采用了带宽增强技术，带宽增强技术可以在相同硬件成本的情况下提供更高的带宽。那么，这种技术是如何实现的，实用中对信号测量会有什么影响呢？首先，我们来看一下示波器的带宽定义。示波器前端都会有放大器，而放大器本身都是有带宽的，不可能对于任何频率成分都保持同样的增益，一般随着频率增高放大器的增益也会下降。我们把示波器增益下降 3dB 对应的频点叫做示波器的带宽。－3dB 是个能量的概念，代表能量下降一半，示波器直接测量的是电压，所以－3dB 对应的频点信号的测量到的电压幅度相对于其实际值会下降到 0.707 倍。

  因此我们知道，带宽只是一个比较宽泛的定义，并不能完全代表示波器对信号测量的影响。比如带宽以内的信号并不是一点没有衰减，只不过不超过 3dB 而已；带宽以外的信号也不是完全测量不到，只不过幅度衰减比较大而已。带宽增强技术实际上是一种数字 DSP 处理技术，最早在示波器里采用数字 DSP 处理技术的是 Agilent 公司。采用数字 DSP 处理技术的初衷并不是为了增强带宽，而是为了进行频响校正，一般宽带放大器即使在带内，各个频点的增益也不是完全一致的，所以放大器会有一个带内平坦度指标来衡量增益的波动情况。通过用数字技术进行后处理来补偿频响波动可以在带内获得比较平坦的频响曲线，因此这也是 Agilent 的示波器通常会比其它厂商一些更高带宽示波器测量准确度更高的原因。进一步地，为了充分利用 BW 以外频点的能量，可以通过数字处理技术来把 BW 以外一部分频率成分的能量增强上去，这样－3dB 对应的频点就会右移，相当于带宽 BW’提高了。带宽增强技术在提高带宽的同时也把系统的高频噪声放大了，所以虽然提到了带宽，但增加了噪声。带宽增加越多，噪声的放大比例越大。所以带宽增强技术不适用于大比例增加系统带宽，Agilent 最早采用带宽增强技术仅是把其 12GHz 带宽的示波器提高到 13GHz。

  反过来，用数字处理技术还可以根据需要来压缩带宽。带宽压缩的同时有一部分频率成分的噪声也被滤掉，所以在不需要高带宽时可以降低系统噪声。带宽增强和压缩技术最早在 Agilent 的 80000 系列示波器上采用，随后 Tek 也开始采用，比如其 DPO7000 和 DPO70000 系列都有采用这些技术。