示波器基础知识（四）

更新时间：2013-09-26

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1、示波器指标中的带宽如何理解？

答：带宽是示波器的基本指标，和放大器带宽的定义一样，是所谓的－3dB点，即，在示波器的输入加正弦波，幅度衰减为实际幅度的70.7%时的频率点称为带宽。也就是说，使用100MHz带宽的示波器测量1V，100MHz的正弦波，得到的幅度只有0.707V。这还只是正弦波的情形。因此，我们在选择示波器的时候，为达到一定的测量精度，应该选择信号zui高频率5倍的带宽。

2、测量系统的总带宽如何获得？

答：测量系统的总带宽＝0.35/上升时间（1GHz以下示波器）。

3、在带宽一定的条件下，采样频率太大是否也没有太大的意义？

答：带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。使用泰克的示波器每个被测信号周期只需2.5个点就能够zui大限度的重构波形。其它一些示波器需要大于4个样点/周期，即100MHZ带宽示波器单次采集至少需要400MS/s的采样率，有些示波器甚至需要10个点（线性内插技术）才能保证采集信号有意义。

4、所谓高斯响应示波器和平坦响应示波器各有何优缺点和适合的领域？

答：在示波器的规范中并没有平坦相应和高斯相应的指标。在示波器中会出现类似的比较或探讨，可能有如下原因：

*，示波器是时域的仪器，从泰克发明*台可触发的模拟示波器以来，示波器的带宽一直是zui重要的指标，它是指示波器内部的前置放大器的模拟带宽。但是示波器带宽的定义却是频域的定义，即正弦波幅度衰减到-3dB点时的频率点。一个复杂高速信号含有丰富的频谱分量，如果需要测量信号，必须知道它们的每一个频谱分量的幅度和相位，所以示波器的幅频特性和相频特性非常重要。

从zui近几年的发展来看，目前数字示波器的带宽越做越高，从泰克2000年推出TDS7000；4GHZ带宽示波器，2001年推出TDS6000；6GHZ带宽示波器，2003年推出TDS7704B；7GHZ带宽示波器，到zui近TDS6804B；8GHZ带宽示波器，带宽几乎每年都在提升。当示波器带宽到达几个GHZ时，前置放大器作为模拟器件，保证良好的幅频和相频特性越来越难，泰克是掌握这一zui关键技术的*公司。有些厂商无法做到，就不得不采用其它的一些方法来修补模拟器件带宽的不足，获得更高的带宽，频响曲线自然发生变化。

随着目前各种高速信号越来越多，信号速率越来越快，对实时示波器提出了新的要求，示波器厂商的数字示波器中也出现了一些新的技术，zui显著的是示波器通过数字信号处理技术（DSP）来得到更好的性能。DSP就在数字示波器主要应用包括：增强带宽、更快的上升时间、增益和波形校准与改善、幅度和相位的改善、光参考接收机归一化；其中泰克的第三代示波器（DPO）就是DSP技术的体现。合理的利用DSP可以提升示波器测试的信号保真度。

但是，DSP技术的使用会是每一个示波器的使用者产生迷惑，特别是在“带宽是否可以通过DSP可以提升”，“示波器的带宽是模拟带宽，和DSP技术有何关系”，“当前的示波器带宽到底是模拟带宽还是DSP带宽？”“DSP技术带来的负面效应是什么？”

在泰克的TDS6804B；8GHZ带宽的示波器中的模拟带宽是7GHZ，通过DSP增强后的带宽是8GHZ，为了保证每一个测试人员对这两种方式的理解，在TDS6804B中可以打开和关闭DSP的带宽增强功能。泰克将DSP增强带宽带来的优点和问题告诉每一个测试人员，帮助测试人员理解模拟带宽和DSP增强带宽的测试结果，更好的进行高速信号测试。

5、除高斯响应示波器和平坦响应示波器之外，还有基于其它响应的示波器吗？

答：示波器前置放大器的频响特性是决定测试结果的zui关键因素，它由模拟器件决定。关键在于用何种方法来获得足够的频响。

6、以前在用TDS744,TDS745等示波器时，使用的是无源探头（如P6139A,带宽500M）。在购买了有源探头（P6237）之后,从测试波形来看（特别是测高频信号时）,两者的测试结果差异较大。从探头参数得知,有源探头的输入电容,而无源探头则为10pF左右，这样看来应该是有源探头的测试结果更能反映信号真实的情况。既然无源探头对高频信号衰减很大,那么500M的带宽有什么意义呢？如何根据测试情况来选择使用有源或无源探头？

答：您的P6139A探头加上泰克的500MHz示波器典型带宽值还是可以达到500MHz，但是正如您所说，其输入电容不同，这一电容将产生对于待测信号的负载效应，造成信号振铃，形状发生改变，因此这个时候使用有源探头时能反映信号的真实情况。实际上，使用探头不光要考虑带宽，所有这些因素我们在测量高频信号的时候都要考虑：带宽/上升时间、动态范围、负载效应、接地效应、共振效应，尤其P6139A时您还要考虑地线的影响，探头上的接地线也会带来振铃，测量高频信号的时候应该尽量缩短地线的长度。

另外，您使用的P6247是有源差分探头，共模的影响也可能是一个因素。

选择无源探头主要是因为其动态范围大，比如P6139A可以测量从毫伏到几百伏的信号，而P6247只能测量＋－8.5V的信号。另外有源探头价格也是一个因素。

7、实验时，示波器接地线后，导致MOsfet炸掉，现在将示波器都剪掉了地线。这是什么原因？

答：为保证测试中的人身安全以及获得良好的测量效果，一般示波器的所有探头的地线都与机壳连接在一起，并连接到示波器电源线的地线。因此，您在电源中测量MOSFET管波形的时候，如果其中任何一个点都不是地，就会产生问题，如下图所示。

剪断地线可以防止对MOSFET管测试中的短路问题，但是也会带来一些其它的测试问题，比如示波器机壳带电，示波器机壳分布参数对测量信号造成影响等。解决的办法是使用差分探头，比如泰克的P5205，可以测量所谓的2个测试点都不是地的差分信号。

8、用示波器抓取数据时，发现存储的文本里只有当前屏幕的数据，且是按照resolution为时间间隔的。如何利用软件实时处理数据（matlab?），如何抓到更多数据？

答：泰克示波器采用压缩屏幕的显示风格，即屏幕显示的波形为采集下来的所有数据，配合TDS5000B的multiViewZoom功能，可以方便显示所有波形。

泰克TDS5000B，TDS6000，TDS7000B，TDS8000B系列示波器都采用*开放的WINDOWS平台，支持当前所有的流行工具，象Matlab，LabView，VB，VC，.NET，MicroSoft，Office，VBA等等，可以灵活进行数据分析和处理。

这些分析工具还可以直接安装在示波器里面，构成一台集数据采集，分析，显示，处理的仪器。单次采集更多的数据，需要示波器配备更深的存储深度，象TDS5000B系列通用示波器可以支持到16M内存。

9、影响示波器工作速度的因素有哪些？

答：实际上任何一台示波器的原理都差不多，前端是数据采集系统，后端是计算机处理。影响速度主要有两方面，一是从前端数采到后端处理的数据传输，一般都是用PCI总线，此乃传输瓶颈，但已有新技术可以突破；另一个是后端的处理方式，提高处理速度可以通过数据分包共享来实现。

10、我们的应用通常会捕获2M甚至更多的数据进行分析，且采样率通常会高达10GS/S，但在进行参数测试和FFT等分析时总是显得很慢，为什么？

答：处理的数据量大，速度自然会慢。要想获得大数据量的高速实时FFT分析，除非采用FFT处理器，但成本较高。