示波器探頭帶寬越高越好嗎

　　“示波器的帶寬當(dāng)然是越高越好”。這句話從某種意義上是正確的：帶寬越高，意味能夠準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)信號(hào)的帶寬越高，價(jià)值越大，也越值錢。但是，從使用角度來(lái)說(shuō)，帶寬越高未必越好。因?yàn)樵肼曉诟鱾€(gè)頻率之間均勻分布。這意味著探頭帶寬越高，引入的頻率越多，進(jìn)入信號(hào)的噪聲也越多。

　　人們最熟悉的技術(shù)指標(biāo)就是帶寬。探頭的帶寬范圍從直流一直到大約 30 GHz。對(duì)帶寬的一個(gè)常見誤解是以為帶寬越大，可以看到的數(shù)據(jù)就越多。但事實(shí)并非總是如此。隨著帶寬的增加，許多關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)都會(huì)發(fā)生變化，這也是需要考慮的重要因素。

　　不斷提高的帶寬如何影響其他關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

　　噪聲在各個(gè)頻率之間均勻分布。這意味著探頭帶寬越高，引入的頻率越多，進(jìn)入信號(hào)的 噪聲也越多。為了防止發(fā)生這種情況，應(yīng)該根據(jù)下文介紹的計(jì)算方法，只使用需要的帶寬。而且，還需要借助更專業(yè)化的探頭來(lái)測(cè)量更高頻率。

　　當(dāng)然，這需要加大開發(fā)力度，才能為敏感元件創(chuàng)造出如此專業(yè)化但成本較高的產(chǎn)品。使用帶寬超過(guò)需求的探頭可能會(huì)帶來(lái)額外的成本、工作量和噪聲，這些要素可能會(huì)大大地影響您的測(cè)量結(jié)果。 各類探頭都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，對(duì)于所進(jìn)行的特定測(cè)試，需要選擇更合適的探頭。充分理解關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，理解其對(duì)您的意義，將使探頭選型變得更加容易。

　　如何選擇合適的探頭帶寬?

　　如果使用的探頭帶寬不正確，那么您可能會(huì)遺失信號(hào)細(xì)節(jié)，或者為系統(tǒng)引入不必要的噪聲。為了加深理解，我們先來(lái)討論帶寬的意義。探頭帶寬本質(zhì)上就是 3 dB 點(diǎn)。3 dB 點(diǎn)是指探頭輸出相對(duì)于標(biāo)稱響應(yīng)減少3 dB 時(shí)的頻率。

　　3 dB 點(diǎn)的顯示結(jié)果

　　假設(shè)用1:1 探頭測(cè)量 1 Vpp的低頻正弦波。由于您使用的是1:1 探頭，因此進(jìn)入示波器的探頭輸出將等于設(shè)備輸入探頭的實(shí)際信號(hào)。但是，如果繼續(xù)增加此1 Vpp 信號(hào)的頻率，那么最終您將到達(dá)一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)上探頭輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入探頭的實(shí)際信號(hào)。當(dāng)您看到示波器屏幕上的輸出相對(duì)于 1 Vpp 輸入降為 0.7 Vpp 時(shí)，那么就表示您到達(dá)了3 dB 點(diǎn)，因?yàn)橄鄬?duì)于其標(biāo)稱響應(yīng)，輸出減少了3 dB。

　　隨著頻率增加出現(xiàn) 3 dB 點(diǎn)的示例

　　現(xiàn)在已經(jīng)了解了3 dB 點(diǎn)理論，可以利用它來(lái)改善測(cè)試。選擇適合探頭的第一步是了解信號(hào)的帶寬。要確定信號(hào)帶寬(BW)，可以使用以下簡(jiǎn)單公式：如果我們測(cè)量的是10%和 90%的閾值，則信號(hào)帶寬等于上升時(shí)間除以0.35。如果測(cè)量的是20%和80%的閾值，則信號(hào)帶寬等于上升時(shí)間除以0.22。

　　計(jì)算完信號(hào)帶寬后，可根據(jù)以下兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)選擇探頭帶寬：

　　– 探頭帶寬應(yīng)該比模擬應(yīng)用中最快的正弦波頻率高 3 倍

　　– 探頭帶寬應(yīng)該比數(shù)字應(yīng)用的最高數(shù)字時(shí)鐘速率快 5 倍

　　根據(jù)這些快速計(jì)算方法，您可以大致確定何種探頭帶寬適合您的應(yīng)用。隨著上升時(shí)間加快，信號(hào)帶寬隨之增加，這意味著您需要帶寬更高的探頭。但請(qǐng)記住，帶寬過(guò)高也會(huì)帶來(lái)麻煩。

　　另一種考慮帶寬的方法是以諧波為基礎(chǔ)。一般而言，探頭帶寬越高，捕捉到的諧波越多，二者都會(huì)使信號(hào)精度稍有提高。如下面圖所示，原始信號(hào)為黃色跡線，一階諧波為綠色跡線。您可以看到，它們具有相同的周期和占空比，但一階諧波的上升沿明顯較 慢，并且拐角非常圓滑。藍(lán)色跡線顯示一階和三階諧波，其上升沿較快，角點(diǎn)變得更清晰。但在圖像的底部，我們可以看到一階、三階和五階諧波。其邊沿平緩，拐角銳利，信號(hào)頂部和底部有很多細(xì)節(jié)。帶寬越高，波形將顯露出越多的細(xì)節(jié)。

　　更高的帶寬意味著更多諧波及更豐富的信號(hào)細(xì)節(jié)

　　了解了上面的規(guī)律，我們用100 MHz探頭測(cè)量100 MHz時(shí)鐘。完成這個(gè)測(cè)量后，最終將會(huì)在屏幕上看到如下圖所示的正弦波。因此，無(wú)法得到準(zhǔn)確的上升時(shí)間或任何真正的信號(hào)細(xì)節(jié)。這意味著所做的任何測(cè)量都不準(zhǔn)確，毫無(wú)意義。

　　使用 100 MHz 探頭測(cè)量 100 MHz 時(shí)鐘信號(hào)

　　但是，如果使用500 MHz探頭測(cè)量相同100 MHz信號(hào)，就會(huì)有足夠的帶寬來(lái)捕獲更多的諧波，從而得到更精確的信號(hào)表示。

　　使用 500 MHz 探頭測(cè)量 100 MHz 時(shí)鐘信號(hào)

　　以上內(nèi)容由普科科技prbtek為您分享，由此可見，示波器探頭帶寬并非越高越好，要處理的信號(hào)選擇合適的探頭帶寬是很重要的。但帶寬過(guò)高也不好，過(guò)猶不及。在確定多大帶寬適合應(yīng)用并選擇正確的探頭時(shí)，這些理論和快速計(jì)算方法可以幫助大家不犯錯(cuò)誤。

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