記得我2013年去EMC面試硬件工程師的時(shí)候，整個(gè)面試過(guò)程表現(xiàn)都還不錯(cuò)，最后問(wèn)了我一些示波器的東西，提到了一個(gè)問(wèn)題說(shuō)，用一個(gè)帶寬50M的示波器去采樣一個(gè)100M的信號(hào)，結(jié)果是怎么樣的？我當(dāng)時(shí)沒(méi)啥概念，不太會(huì)，幸好面試的工程師是我本科的校友，給了我一些提示，問(wèn)題算是回答出來(lái)了。在之后的一段時(shí)間的，我特意做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)示波器進(jìn)行了一些研究與學(xué)習(xí)。貼出一部分基本重要的東西出來(lái)。對(duì)這個(gè)問(wèn)題有興趣的也可以親自做做實(shí)驗(yàn)看看具體結(jié)果。

采樣率是數(shù)字上的，每秒采樣多少個(gè)樣點(diǎn)每秒采樣多少個(gè)樣點(diǎn)。而帶寬則是模擬上的，能夠測(cè)試信號(hào)頻率的范圍。

如果一個(gè)ADC的采樣頻率為5G，但是前面搞一個(gè)100M的低通濾波器，那采樣率就是5G，帶寬就是100M了。帶寬反映了這個(gè)示波器能夠測(cè)試的頻率范圍，如果超過(guò)這個(gè)頻率范圍，就不準(zhǔn)確了。但是有一條最基本的原則：采樣頻率不得低于信號(hào)帶寬的2倍。

1.示波器應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)帶寬和采樣率的需求

示波器對(duì)帶寬和采樣率提出了越來(lái)越高的要求。

一般來(lái)說(shuō)，示波器的采樣率至少為帶寬的2倍。

一個(gè)示波器寫帶寬是40Mhz，40MHZ是指示波器能測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)正弦波的能力.但因?yàn)槠綍r(shí)用示波器測(cè)試時(shí)基本不是正弦波,所以我們?cè)诳紤]示波器帶寬時(shí),通常會(huì)按被測(cè)信號(hào)頻率的三倍來(lái)考慮,更高倍當(dāng)然最好.所以一定要注意,不是40 MHZ的示波器就能測(cè)40MHZ的所有信號(hào).如果是數(shù)字示波器要注意存儲(chǔ)深度采樣率等都是很重要的。

2.示波器的原理框圖

要熟練了解示波器必須知道示波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，示波器包括放大器，放大器限制了示波器的帶寬；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采集存儲(chǔ)器，決定了示波器的存儲(chǔ)深度；數(shù)據(jù)處理以及最后的顯示。

3.信號(hào)的帶寬和信號(hào)的頻率不是直接相關(guān)，而是和信號(hào)的上升時(shí)間相關(guān)

示波器是測(cè)試設(shè)備，它的帶寬應(yīng)當(dāng)比被測(cè)信號(hào)的帶寬大，這樣才不會(huì)失真，不會(huì)漏掉你想觀察的東西。
比如一個(gè)方波的頻率是一兆赫，它有效的諧波卻超過(guò)5兆赫，你用一個(gè)帶寬只有一兆赫的示波器去顯示，得到的是一個(gè)差不多是正弦波的顯示，你用30兆赫的示波器一看，方波就是方波了。

首先第一個(gè)概念是，信號(hào)的帶寬和信號(hào)的頻率不是直接相關(guān)，而是和信號(hào)的上升時(shí)間相關(guān)。

比如方波，是一個(gè)頻譜分量眾多的信號(hào)，其包括了基波和高次諧波。它可以由很多個(gè)正弦波疊加而成。而示波器的帶寬是有限的，所以使用示波器觀察方波時(shí)，如果帶寬不夠，會(huì)把高次的諧波濾掉，方波看起來(lái)就像正弦波了。

那么怎么計(jì)算信號(hào)的帶寬，怎么選擇示波器的帶寬呢？信號(hào)的帶寬可以根據(jù)0.35/Tr來(lái)計(jì)算，其中Tr為其上升時(shí)間。當(dāng)然示波器帶寬越大，信號(hào)測(cè)出來(lái)約接近實(shí)際值，但一般選擇示波器帶寬為其3倍即可。

示波器帶寬/信號(hào)帶寬

測(cè)量誤差

1

<41.4%

3

<5.4%

5

<2.0%

10

<0.5%

那么這個(gè)0.35/Tr是怎么得來(lái)的呢？通常談到的示波器帶寬沒(méi)有特別說(shuō)明是指示波器模擬前端放大器的帶寬，也就是常說(shuō)的-3dB截止頻率點(diǎn)。示波器的前端放大電路，可以等效為一個(gè)RC低通濾波器，如圖：

至此，我們知道帶寬f2即輸出電壓降低到輸入電壓70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)。根據(jù)放大器的等效模型，我們可進(jìn)一步推導(dǎo)示波器的上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系式，即我們常提到的0.35的關(guān)系：上升時(shí)間=0.35/帶寬。需要說(shuō)明的是，0.35是基于高斯響應(yīng)的理論值，實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中這個(gè)數(shù)值往往介于0.35-0.45之間。在示波器的datasheet上都會(huì)標(biāo)明“上升時(shí)間”指標(biāo)。

4.示波器的頻譜范圍和分辨帶寬

這些是一些常用的結(jié)論，熟悉這些結(jié)論可以讓我們使用示波器更得心應(yīng)手。