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俗話說，示波器是工程師的眼睛，“眼睛”好不好直接影響到我們對電子世界的觀察。

(資料圖片僅供參考)

在選擇示波器的時(shí)候，帶寬就是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。一般建議根據(jù)信號的上升時(shí)間的大小或者信號的帶寬來決定選擇示波器帶寬的大小。選擇示波器的帶寬應(yīng)該是信號帶寬的3-5倍甚至更高。下面我們就根據(jù)一些測量結(jié)果來解釋這是為什么。

測試的信號為500 ps 的100 MHz 數(shù)字時(shí)鐘。圖 1顯示了使用 100 MHz 帶寬示波器對邊沿速度（10% 至 90%）為 500 ps 的 100 MHz 數(shù)字時(shí)鐘信號進(jìn)行測量獲得的波形結(jié)果。如圖所示，示波器僅允許該時(shí)鐘信號的 100 MHz 基本波形通過，從而將時(shí)鐘信號顯示為近似正弦波。對于許多采用 8 位 MCU且時(shí)鐘速率在 10 MHz 至 20 MHz 之間的設(shè)計(jì)，使用 100 MHz 示波器進(jìn)行測量就足以滿足需要；但要測量 100 MHz 時(shí)鐘信號，100 MHz 帶寬示波器就無能為力了。

圖1 - 使用100MHz帶寬示波器捕獲100MHz時(shí)鐘信號

500 MHz 帶寬示波器能夠捕獲 5 次諧波，因而成為我們首選推薦的解決方案（如圖 2 所示）。但是當(dāng)測量上升時(shí)間時(shí)，我們看到示波器測得的結(jié)果為大約 800 ps。在這種情況下，示波器無法非常精確地測量此信號的上升時(shí)間。示波器實(shí)際上測量的是接近于自身上升時(shí)間（700 ps）的目標(biāo)，而不是輸入信號的上升時(shí)間（500 ps 左右）。如果在這個(gè)數(shù)字測量應(yīng)用中計(jì)時(shí)測量非常重要的話，我們需要使用更高帶寬的示波器。

圖2- 使用500MHz帶寬示波器捕獲100MHz時(shí)鐘信號

借助 1 GHz 帶寬示波器，我們可以獲得更精確的信號圖形（如圖 3所示）。當(dāng)測量上升時(shí)間時(shí)，我們看到示波器測得的結(jié)果大約為 600 ps。這個(gè)測量為我們提供大約 20% 的測量精度，是一種備受歡迎的測量解決方案，特別適合預(yù)算緊張的狀況。但是這種測量也未必能夠涵蓋全部的應(yīng)用范疇。

圖3 - 使用1 GHz帶寬示波器捕獲100MHz時(shí)鐘信號

如果想要以超過 3% 的精度和 500 ps 的邊沿速度對信號進(jìn)行測量，我們確實(shí)需要使用 2 GHz 及以上帶寬的示波器（通過之前的示例確定了這一數(shù)值）。如圖 4 所示，2-GHz 帶寬的示波器能夠更精確地顯示這個(gè)時(shí)鐘信號，同時(shí)非常準(zhǔn)確地測量上升時(shí)間（約 520 ps）。

圖4 - 使用2GHz帶寬示波器捕獲100MHz時(shí)鐘信號

從上面的內(nèi)容中我們可以看到，示波器雖然是信號帶寬的5倍了，但是測量出來的結(jié)果誤差依然很大。這是因?yàn)椋嚎雌饋硎静ㄆ鞯膸捵銐颍瞧湎到y(tǒng)本身的上升時(shí)間非常緩慢，導(dǎo)致其帶寬也大大地減少了。所以我們在選擇示波器的時(shí)候要多了解一些深層次的原理。不要簡單地理解選擇3-5倍信號帶寬的示波器就足夠了。尤其是數(shù)字信號時(shí)鐘這類信號。

審核編輯：湯梓紅