示波器類似于一架攝像機(jī)，捕獲我們可以觀察和理解的信號(hào)圖像。快門速度、光線條件、孔徑和膠片的ASA等級(jí)，都會(huì)影響攝像機(jī)清楚準(zhǔn)確地捕獲圖像的能力。與示波器基本系統(tǒng)一樣，示波器的性能考慮因素明顯影響著其實(shí)現(xiàn)要求的信號(hào)完整性的能力。

學(xué)習(xí)新技能通常要學(xué)習(xí)新的術(shù)語(yǔ)表，在學(xué)習(xí)怎樣使用示波器時(shí)也不例外。本節(jié)介紹了部分實(shí)用的測(cè)量和示波器性能術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述為應(yīng)用選擇正確的示波器至關(guān)重要的指標(biāo)。了解這些術(shù)語(yǔ)將幫助您評(píng)估示波器，并與其它型號(hào)的示波器作出比較。

01

示波器的性能術(shù)語(yǔ) - 帶寬

帶寬決定著示波器測(cè)量信號(hào)的基本能力。在信號(hào)頻率提高時(shí)，示波器準(zhǔn)確顯示信號(hào)的能力會(huì)下降。這個(gè)指標(biāo)表明了示波器能夠準(zhǔn)確測(cè)量的頻率范圍。

示波器帶寬是指正弦曲線輸入信號(hào)被衰減到信號(hào)真實(shí)幅度的頻率，稱為-3 dB點(diǎn)，這一術(shù)語(yǔ)基于對(duì)數(shù)標(biāo)度，如圖44所示。

如果沒(méi)有充足的帶寬，示波器將不能解析高頻變化。幅度將失真，邊沿將消失，細(xì)節(jié)將丟失。如果沒(méi)有充足的帶寬，示波器的所有功能和浮華都沒(méi)有任何意義。

為確定準(zhǔn)確檢定特定應(yīng)用中信號(hào)幅度所需的示波器帶寬應(yīng)采用“五倍法則”。

示波器帶寬 >(信號(hào)的最高頻率成分x5)

使用五倍法則選擇的示波器將在測(cè)量中提供小于±2%的誤差，這對(duì)當(dāng)前應(yīng)用一般足夠了。但是，隨著信號(hào)速度提高，這一經(jīng)驗(yàn)法則可能實(shí)現(xiàn)不了。要記住，帶寬越高，可能實(shí)現(xiàn)的信號(hào)復(fù)現(xiàn)精度就越高，如圖45所示。

如圖所示，這是250MHZ、1 GHz和4 GHz三種帶寬水平下捕獲的信號(hào)。

某些示波器通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理，提供了一種增強(qiáng)帶寬的方法。可以使用DSP任意均衡濾波器，改善示波器通道響應(yīng)。這個(gè)濾波器擴(kuò)大了帶寬，使示波器通道頻響平坦化改善相位線性度，在通道之間實(shí)現(xiàn)更好的匹配程度。它還降低了上升時(shí)間，改善了時(shí)域階躍響應(yīng)。

02

示波器的性能術(shù)語(yǔ) - 上升時(shí)間

在數(shù)字領(lǐng)域中，上升時(shí)間測(cè)量至關(guān)重要。在預(yù)計(jì)測(cè)量數(shù)字信號(hào)時(shí)，如脈沖和階躍，上升時(shí)間可能是更適合的性能考慮因素。如圖46所示，示波器必須有充足的上升時(shí)間，才能準(zhǔn)確捕獲迅速跳變的細(xì)節(jié)。

上升時(shí)間描述了示波器的實(shí)用頻率范圍?？梢允褂孟旅娴墓?，計(jì)算信號(hào)類型要求的示波器上升時(shí)間:示波器上升時(shí)間 ≤(信號(hào)最快的上升時(shí)間x1/5)。

注意，這個(gè)選擇示波器上升時(shí)間的依據(jù)與帶寬選擇依據(jù)類似。在帶寬中，由于當(dāng)前信號(hào)擁有超高速率，并不能一直實(shí)現(xiàn)這種經(jīng)驗(yàn)法則。注意，示波器上升時(shí)間越快，捕獲快速跳變關(guān)鍵細(xì)節(jié)的精度越高。

在某些應(yīng)用中，您可能只知道信號(hào)的上升時(shí)間。有一個(gè)常數(shù)，可以把示波器的帶寬和上升時(shí)間關(guān)聯(lián)起來(lái)，公式如下:帶寬=(K/上升時(shí)間)。

其中k是位于0.35和0.45之間的值，具體視示波器頻響曲線形狀和脈沖上升時(shí)間響應(yīng)的形狀而定。帶寬<1GHz的示波器的k值一般為0.35，帶寬>1GHz的示波器k值通常在0.40和0.45之間。某些邏輯家族本身產(chǎn)生的上升時(shí)間要快于其它邏輯家族如圖47所示。

03

示波器的性能術(shù)語(yǔ) - 采樣率

采樣率用樣點(diǎn)/秒(S/s)表示，指數(shù)字示波器獲得信號(hào)快照或樣點(diǎn)的頻度，與攝像機(jī)的幀數(shù)類似。示波器采樣速度越快(即采樣率越高)，分辨率及顯示的波形細(xì)節(jié)越高，丟失關(guān)鍵信息或事件的可能性越小，如圖48所示。當(dāng)需要在較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)觀察緩慢變化的信號(hào)時(shí)，最低采樣率可能也非常重要。一般來(lái)說(shuō)，顯示的采樣率會(huì)隨著水平標(biāo)度控制所作的變化而變化，以在顯示的波形記錄中保持恒定數(shù)量的波形點(diǎn)。怎樣計(jì)算采樣率要求呢?計(jì)算方法視測(cè)量的波形類型及示波器使用的信號(hào)重建方法而有所不同。為準(zhǔn)確地重建信號(hào)，避免假信號(hào)，內(nèi)奎斯特定理指出，信號(hào)采樣速度至少是其最高頻率成分的兩倍。然而，這一定理假設(shè)記錄長(zhǎng)度無(wú)窮大及連續(xù)信號(hào)。由于沒(méi)有一臺(tái)示波器能夠提供無(wú)窮大的記錄長(zhǎng)度，根據(jù)定義，毛刺也不是連續(xù)的，所以采樣率僅為最高頻率成分的兩倍通常是不夠的。

在實(shí)踐中，準(zhǔn)確重建信號(hào)取決于采樣率及填充樣點(diǎn)間間隔使用的內(nèi)插方法。某些示波器允許選擇在測(cè)量正弦曲線信號(hào)時(shí)使用sin(x)/x內(nèi)插，在測(cè)量方波、脈沖和其它信號(hào)類型時(shí)使用線性內(nèi)插。為使用sin(x)/x內(nèi)插準(zhǔn)確地重建信號(hào)，示波器的采樣率至少應(yīng)該是信號(hào)最高頻率成分的2.5倍。在使用線性內(nèi)插時(shí)，采樣率至少應(yīng)該是最高頻率信號(hào)成分的10倍。采樣率在10 GS/s及帶寬在3+GHz的某些測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行優(yōu)化，可以以五倍的帶寬過(guò)采樣，捕獲非?？焖俚膯未问录退矐B(tài)事件。