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数字电路测量示波器探头的上升时间和带宽

2018-4-19 10:42:59 6416

0 1 示波器探头的上升时间和带宽示波器主要的限制为三个方面：灵敏性的不足、输入电压的幅度不够大、带宽限制。只要数字测试中的灵敏度不是特别的高，一般示波器的灵敏度是满足要求的。在高电平时，数字信号一般小于5V，绝对是在示波器的输入电压范围之内，主要的限制是带宽。示波器的Y轴放大器有带宽级别，就象示波器的探头一样，它们的数字意味着什么呢？很少工程师会把一个100-MHz带宽的示波器用到200-MHz的数字信号的测量上，但用到99MHz的信号上会是怎样？带宽的正确含义是什么？在数字信号中有什么影响？图3.1给了我们一些线索，在图3.1中描述的两轨迹是同一个信号使用不同带宽的示波器测试出的结果。上面的轨迹的上升延快，然而下面的上升延相比较就慢了。上面波形是用上升时间快的探头测的，而下面的波形所用的探头的带宽上限为6-MHz，带宽为6-MHZ探险头用于过滤噪声，输入阻抗很高，因此这个比较有点夸大，实际测量的探头不会有这么大的差别。带宽窄的探头测到的上升沿或下降沿变慢甚至会被过滤掉。在信号处理技术中，这低通探头滤掉被测信号的高频元素。图3.2剖析这示波器系统的组成，分别是输入信号、探头和Y轴放大器，在图3.2中，一个理想的上升时间非常短的信号分别在不同的阶段输入，于是我们就可以直接的观测到在系统每一部分导致的波形畸变。探头和Y轴放大器的影响是一样的：他们都使输入信号的上升时间变长了。图3.2对每一个处理阶段对上升时间的影响进行了量化。当一个真实的信号输入由探头和Y轴放大器组成的系统中时，像图3.3中一样，最终的上升时间等于各部分的上升时间的平方和的开方。对于串联的系统，取上升时间的平方和。对上升时间较为合理的测量是10-90%上升时间。示波器的生产商通常引用3-dB带宽，在探头和Y轴放大器上使用指标，而不是上升时间。 F 3dB3-dB带宽和10-90%上升时间之间的转换如以下所示（看式1.6）：从设备厂商的说明书中引用RMS带宽，即噪声带宽F RMS ，可以依照下式转化（也可以看等式1.7）：在使用从商店购买的探头(shop-built probes)的时候，我们会分析它的低通滤波器的性能。这些滤波器没有高斯频率响应曲线。在这种情况下，电路10-90%上升时间和滤波器的时间常数有以下关系：例3.1 ：上升时间变缓有一台示波器的频率为300MHz，探头的频率也是300MHz,它们的规格都是3-dB 带宽，它们组合起来对上升时间为2ns的信号有什么影响呢？结果测到的上升时间为2.5ns。例3.2 计算输入的上升时间如果示波器显示2.2ns的上升沿，你能算出实际输入上升时间为多少吗？将公式3.1反过来可以由输出显示的2.2ns求得输入的真实上升时间。显示的2.2ns的信号，它的实际10-90%上升时间是1.6ns。请不要太在乎这个例子，它只在输入波形没有过冲时是准确的。如果准确知道设备的10-90%上升时间，并且测量是在没有噪声的情况下进行的，测量上升时间要好的方法是使用速度更快的探头和示波器。简单地说，这种方法可以提高示波器的使用频率范围到原来的2~3倍。购线网www.gooxian.com 专业定制各类测试线（同轴线、香蕉头测试线，低噪线等）。 1
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