上升的時(shí)間和示波器探頭的帶寬的關(guān)系

1、上升的時(shí)間和示波器探頭的帶寬的關(guān)系所有的科學(xué)測(cè)試設(shè)備都有它的局限性，當(dāng)我們使用示波器來測(cè)量數(shù)字信號(hào)時(shí)，我們也應(yīng)了解示波器的局限性，這樣我們才有可能對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行合理的分析。現(xiàn)在我們先講述幾個(gè)基本的概念名詞，以方便對(duì)本文的閱讀：上升/下降時(shí)間(Rise/FallTime:信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間，通常是量度上升/下降沿在10%-90%電壓幅值之間的持續(xù)時(shí)間，記為Tr或T10-90。2.1上升的時(shí)間和示波器探頭的帶寬一般示波器系統(tǒng)的三個(gè)基本的制約因數(shù)為：靈敏度不足、允許輸入電壓的范圍不夠和帶寬的限制。對(duì)我們而言最嚴(yán)重的限制應(yīng)該是帶寬不夠。在信號(hào)處理的過程中，低帶寬的探頭將濾除被測(cè)信號(hào)

2、的高頻分量。從示波器上觀察上升沿信號(hào)，具顯示出的上升沿的時(shí)間示波器系統(tǒng)的組合上升時(shí)間，其值是示波器各個(gè)器件引起的上升時(shí)間平方和的方根值?？梢允褂孟旅娴谋磉_(dá)式來表示：Trisecomposite=(T12+T22+TN21/2舉個(gè)例子，最簡(jiǎn)單的情況下，示波器系統(tǒng)有輸入信號(hào)、探頭、垂直放大器組成，輸入信號(hào)的上升時(shí)間為t1,經(jīng)過示波器探頭后其上升時(shí)間變?yōu)?t12+t221/2，再經(jīng)過垂直放大器后其上升時(shí)間變?yōu)?t12+t22+t321/2。其中,t2和t3是由探頭和垂直放大器引入的，當(dāng)然實(shí)際的情況比這個(gè)還要復(fù)雜，后面還會(huì)講到。那示波器探頭和其他的示波器配件到底能引起多大的上升沿的時(shí)間變化呢？這就和示

3、波器和探頭的帶寬息息相關(guān)了。一般的情況下，示波器探頭的產(chǎn)家給出3db帶寬的指標(biāo)或者RMS帶寬的指標(biāo)，這些指標(biāo)決定了示波器在測(cè)量時(shí)所引入的上升沿的時(shí)間誤差。其關(guān)系如下：T10-90=0.338/F3db。T10-90=0.361/FRMS。舉一個(gè)例子：比如我們現(xiàn)在使用的示波器TDS3052，其使用的示波器探頭是P6139A,其帶寬都是500MhZo如果使用它來測(cè)量一個(gè)上升沿為2ns的上升沿的信號(hào)，它實(shí)測(cè)結(jié)果將是：Trscope=0.338/500Mhz=0.676nsTrprobe=0.338/500Mhz=0.676nsTrsignal=2ns那么示波器顯示的結(jié)果將是：Tdisplayed=(

4、0.6762+0.6762+22=2.217ns同樣，如果我們使用另外一臺(tái)示波器TDS380,帶寬為400Mhz，其使用的示波器探頭的是P6111B,帶寬為200Mhz。測(cè)試一個(gè)上升沿為2ns的信號(hào)，它的實(shí)測(cè)結(jié)果將是：Trscope=0.338/400Mhz=0.845nsTrprobe=0.338/200Mhz=1.69nsTrsignal=2ns那么示波器顯示的結(jié)果將是：Tdisplayed=(0.8452+1.692+221/2=2.751nsR上面的例子可以看出示波器和探頭的帶寬對(duì)信號(hào)上升沿和下降沿的有巨大的影響。如果信號(hào)的上升沿和下降沿很陡，就算是信號(hào)的數(shù)據(jù)率比較低那怕是1hz,示波器也無法如實(shí)反應(yīng)它。也建議大家在測(cè)試邊沿比較陡的信號(hào)是請(qǐng)使用TDS3052示波器。對(duì)于TDS380這樣的示波器，如果我們想準(zhǔn)確的知道信號(hào)的10%-90%的上升時(shí)問，就必須通過推算的方法得到。比如如果示波器顯示波形的上升沿是2.2ns那么他的實(shí)際上升沿時(shí)間是:Tactual=(2.22-1.692-0.84521/2=1.127ns當(dāng)然上面都是理論的計(jì)算，實(shí)際測(cè)試是情況將會(huì)更糟。因?yàn)樯厦鎯H僅考慮的帶寬對(duì)測(cè)試的影響。那還有那些因素對(duì)測(cè)量會(huì)造成影響呢？請(qǐng)繼續(xù)往下看。下面隨便介紹一下，幾種濾波器的上升沿時(shí)間