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測(cè)試測(cè)量

測(cè)試儀器選擇:如何選擇合適的示波器帶寬(二)

星之球激光 來(lái)源:光電新聞網(wǎng)2011-12-19 我要評(píng)論(0 )   

下面我們將用幾個(gè)帶寬不同的示波器對(duì)與該例中的信號(hào)具備類似特性的一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 不同帶寬示波器對(duì)同一數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)量比較 圖3給出了利用Agilent 公司...

下面我們將用幾個(gè)帶寬不同的示波器對(duì)與該例中的信號(hào)具備類似特性的一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。

  不同帶寬示波器對(duì)同一數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)量比較

  圖3給出了利用Agilent 公司帶寬為100MHz的示波器 MSO6014A測(cè)量一個(gè)邊沿速度為500ps(從10%到90%)的100MHz數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)得到的波形結(jié)果。

 

  

  圖3

 

  從圖中可以看出,該示波器主要只通過(guò)了該時(shí)鐘信號(hào)的100MHz基本頻率成分,因此,時(shí)鐘信號(hào)顯示出來(lái)大約是正弦波的形狀。帶寬為100MHz的示波器對(duì)許多時(shí)鐘速率在10MHz 到 20MHz 范圍的基于MCU的8bit設(shè)計(jì)而言可能非常合適,但對(duì)于這里測(cè)量的100MHz的時(shí)鐘信號(hào)就明顯不夠了。 圖4給出了利用Agilent公司500MHz帶寬的示波器MSO6054A測(cè)量同一信號(hào)的結(jié)果。

 

  

  圖4

 

  從圖中可以看出,該示波器最高能捕捉到信號(hào)的5次諧波,這恰好滿足了我們?cè)谇懊娼o出的第一個(gè)經(jīng)驗(yàn)建議。但在我們測(cè)量上升時(shí)間時(shí)發(fā)現(xiàn),用這臺(tái)示波器測(cè)量得到的上升時(shí)間約為750ps。在這種情況下,示波器對(duì)信號(hào)上升時(shí)間的測(cè)量就不是非常準(zhǔn)確,它得到的測(cè)量結(jié)果實(shí)際上很接近它自己的上升時(shí)間(700ps),而不是輸入信號(hào)的上升時(shí)間(接近500ps)。這說(shuō)明,如果時(shí)序測(cè)量比較重要,那么我們就需要用更高帶寬的示波器才能滿足這一數(shù)字測(cè)量應(yīng)用的要求。

  換用Agilent1-GHz帶寬的示波器MSO6104A之后,我們得到的信號(hào)圖像(見(jiàn)圖5)就更準(zhǔn)確了。

 

  

  圖5

 

  在示波器中選擇上升時(shí)間測(cè)量后,我們得到的測(cè)量結(jié)果約為550ps。這一測(cè)量結(jié)果的精度約為10%,已經(jīng)非常讓人滿意,尤其在需要考慮示波器資金投入的情況下。但有時(shí),即便是1GHz帶寬示波器得到的這種測(cè)量結(jié)果也可能被認(rèn)為精度不夠。如果我們要求對(duì)這個(gè)邊沿速度在500ps的信號(hào)達(dá)到3%的邊沿速度測(cè)量精度,那么我們就需要2 GHz或更高帶寬的示波器,這一點(diǎn)我們?cè)谇懊娴睦又幸呀?jīng)提到。

  換用2GHz帶寬的示波器之后,我們現(xiàn)在看到的(見(jiàn)圖6)就是比較精確的時(shí)鐘信號(hào),上升時(shí)間測(cè)量結(jié)果約為495ps。

 

  

  圖6

 

  安捷倫Infiniium系列高帶寬示波器有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),那就是帶寬可以升級(jí)。如果2 GHz帶寬對(duì)今天的應(yīng)用已經(jīng)足夠,那么您開始可以只購(gòu)買入門級(jí)的2-GHz示波器,以后當(dāng)您需要更高的帶寬時(shí),再將其逐步升級(jí)到13 GHz。

 模擬應(yīng)用需要的示波器帶寬

 

  多年之前,大多數(shù)示波器廠商就建議用戶在選擇示波器時(shí),帶寬至少應(yīng)比最大信號(hào)頻率高3倍。盡管這一“3X”準(zhǔn)則并不適用于以時(shí)鐘速率為基礎(chǔ)的數(shù)字應(yīng)用,但它卻仍然適用于已調(diào)RF信號(hào)測(cè)量等模擬應(yīng)用。為了便于讀者理解這一三倍乘子的來(lái)歷,我們來(lái)看一個(gè)1GHz帶寬示波器的真正頻率響應(yīng)。

  圖7所示為對(duì)Agilent1-GHz帶寬示波器MSO6104A的掃頻響應(yīng)測(cè)試(掃頻范圍20 MHz到 2 GHz)。

 

  

  圖7

 

  從圖中可以看出,恰好在1 GHz處,輸入信號(hào)衰減約為1.7 dB,這還遠(yuǎn)未超出定義示波器帶寬的-3 dB限。然而,要想精確測(cè)量模擬信號(hào),我們只能利用示波器帶寬中衰減最小的相對(duì)平坦的那部分頻帶。對(duì)該示波器而言,在其1 GHz帶寬的大約三分之一處,輸入信號(hào)基本沒(méi)有衰減(衰減為0dB)。但并非所有示波器都具備這樣的頻響。

  圖8所示的是對(duì)另一廠商的1.5-GHz帶寬示波器進(jìn)行掃頻響應(yīng)測(cè)試的結(jié)果。

 

  

  圖8

 

  這正是一個(gè)遠(yuǎn)非平坦頻響的例子。該示波器的頻響既不是高斯頻響也不是最大平坦頻響,反而更像“最大起伏”頻響,而且尖峰現(xiàn)象很嚴(yán)重,這會(huì)導(dǎo)致波形嚴(yán)重失真,不論測(cè)量的是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)。不幸的是,示波器的帶寬規(guī)范(即輸入信號(hào)衰減為3dB的頻率)中對(duì)在其他頻率上的信號(hào)衰減或放大沒(méi)有任何規(guī)定。在這臺(tái)示波器上,即便是在示波器帶寬的五分之一處,信號(hào)也有大約1dB(10%)的衰減。因此,在這種情況下再根據(jù)3X準(zhǔn)則選擇示波器就很不明智了。所以,在挑選示波器時(shí),最好是選擇著名廠商的產(chǎn)品,而且要密切注意示波器頻響的相對(duì)平坦度。 本文小結(jié)

  總的來(lái)說(shuō),對(duì)數(shù)字應(yīng)用而言,示波器帶寬至少應(yīng)比被測(cè)設(shè)計(jì)的最快時(shí)鐘速率快5倍。但在需要精確測(cè)量信號(hào)的邊沿速度時(shí),則要根據(jù)信號(hào)的最大實(shí)際頻率成分來(lái)決定示波器帶寬。

  對(duì)模擬應(yīng)用而言,示波器帶寬至少應(yīng)比被測(cè)設(shè)計(jì)中的模擬信號(hào)最高頻率高3倍,但這一經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則只適用于那些在低頻段上頻響相對(duì)平坦的示波器。

  而且我們選擇示波器時(shí)也不能只顧眼前,不管將來(lái)。只要預(yù)算允許,在今天購(gòu)買稍優(yōu)于應(yīng)用最低要求的示波器可能會(huì)在將來(lái)為您節(jié)約不少投資。

 

 

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