带宽
示波器和探头的带宽被定义为幅度降低3dB 时的频率响应。大多数带宽指标为1 GHz 或更低的示波器或探头通常具有所谓的高斯响应,在-3dB 频率约三分之一处开始呈现缓慢的滚降特性。带宽指标超过1 GHz 的示波器通常具有最平坦的频率或砖墙响应,并在-3dB 点附近具有更为陡峭的滚降特性。
例如,如果您将具有相同带宽频率的正弦波放入探头,那么,您从1 V峰-峰值正弦波得到的-3dB 带宽在探头输出端约为0.7V峰-峰值。因此,在-3dB 点,该正弦波的幅度测量有大约30% 的误差。
根据经验,探头(或示波器)带宽应大于或等于您系统上最快信号带宽的3 倍到5 倍,以免造成信号频率分量的衰减。因此,您必须首先确定哪些是具体信号的最快上升或下降时间,并从中推算出信号带宽。如果您参考的是特定的通信标准,那么您应该能够找到该标准对于最快上升/下降时间做出的规定。确定最快上升/下降时间之后,请使用以下公式,根据您所采用的阈值来确定信号的带宽。对于10% - 90% 的测量,高斯带宽*TR= 0.35
砖墙带宽*TR= 0.4
请记住,决定信号带宽的不是时钟频率,而是上升时间或下降时间。而且,探头附件往往会对整个带宽造成很大影响,因此也应当对探头附件加以考虑,以优化探头的带宽。
探头负载
当您将示波器探头与电路相连接时,探头成为被测电路的一部分,探头的电气特性会对整个测量系统的响应和被测器件的操作带来影响。探头将电阻、电容和电感负载引入到被测器件。
在探头负载的这三个来源中,电容性负载往往最麻烦,它会影响到带宽、上升或下降时间和延迟。电容性负载通常会改变被测波形的形状。这里有一个被测器件的图表和与被测器件相连的探头的简化电气模型。在理想情况下,V输入(探头输入端的电压)应当与V源(被测器件在探测之前的电压)相同。在现实中,由于探头与被测器件相连,被测器件和探头的阻抗决定了探头输入端的电压。这是一个简单的电阻分压器电路。
如图2 所示,在直流电路上,探头的电阻决定了负载特性,而探头的容抗对测量没有帮助,因为直流的容抗(Xc)是无限的。然而,随着频率升高,容抗变小,成为负载的主要来源,探头从被测器件上汲取越来越多的能量。
图2由于探头和被测器件相连,被测器件和探头的阻抗决定了探头输入端的电压
现代高带宽探头采用DSP(数字信号处理)校正技术,以确保平坦的频率响应特性。然而,探头负载特性是以物理方式确定的,并且仍然影响被测器件的操作。大多数制造商会对探头的输入电阻和电容大小做出规定,这些值也决定了负载特性。示波器探头校正滤波器可以调整频率响应,使示波器屏幕上的波形看起来更加平坦,但即使校正探头之后,实际探头负载也还是会影响到测量性能。我们无法违抗物理定律。