帶寬是大多數工程師在選擇一款示波器時首先考慮的參數。本文將為(wei) 您提供一些有用的竅門，教您如何為(wei) 您的數字和模擬應用選擇合適的示波器帶寬。但首先，我們(men) 先看看示波器帶寬的定義(yi) 。

　　示波器帶寬的定義(yi)

　　所有示波器都表現出如圖1所示的在較高頻率處滾降的低通頻率響應。大多數帶寬參數在1 GHz及以下的示波器通常表現為(wei) 高斯響應，即具備約從(cong) -3 dB頻率的三分之一處開始緩慢滾降的特性。而那些帶寬規格超過1 GHz的示波器通常則具備最大平坦頻率響應，如圖2所示。這種頻響通常表現為(wei) 帶內(nei) 響應較平緩，而在約-3 dB頻率處滾降較陡。

　　圖1：低通頻率響應

　　圖2：最大平坦頻率響應

　　示波器的這兩(liang) 種頻率響應各有各的優(you) 缺點。具備最大平坦頻響的示波器比具備高斯頻響的示波器對帶內(nei) 信號的衰減較小，也就是說前者對帶內(nei) 信號的測量更精確。但具備高斯頻響的示波器比具備最大平坦頻響的示波器對代外信號的衰減小，也就是說在同樣的帶寬規格下，具備高斯頻響的示波器通常具備更快的上升時間。然而，有時對帶外信號的衰減大有助於(yu) 消除那些根據奈奎斯特標準（fMAX < fS）可能造成混迭的高頻成分。關(guan) 於(yu) 奈奎斯特采樣理論更深入的探討，請參看安捷倫(lun) 應用筆記1587（Agilent Application Note 1587） 。

　　不論您手頭的示波器具備高斯頻響、最大平坦頻響還是介於(yu) 二者之間，我們(men) 都將輸入信號通過示波器後衰減3 dB時的最低頻率視為(wei) 該示波器的帶寬。示波器的帶寬和頻響可以利用正弦波信號發生器掃頻測量得到。信號在示波器-3dB頻率處的衰減轉換後可表示為(wei) 約-30%的幅度誤差。因此，我們(men) 不能奢望對那些主要的頻率成分接近示波器帶寬的信號進行精確測量。

　　與(yu) 示波器帶寬規格緊密相關(guan) 的是其上升時間參數。具備高斯頻響的示波器，按照10%到90%的標準衡量，上升時間約為(wei) 0.35/fBW。具備最大平坦頻響的示波器上升時間規格一般在0.4/fBW範圍上，隨示波器頻率滾降特性的陡度不同而有所差異。但我們(men) 必須記住的是，示波器的上升時間並非示波器能精確測量的最快的邊緣速度，而是當輸入信號具備理論上無限快的上升時間（0 ps）時，示波器能夠得到的最快邊沿速度。盡管實際上這種理論參數不可能測得到，因為(wei) 脈衝(chong) 發生器不可能輸出邊沿無限快的脈衝(chong) ，但我們(men) 可以通過輸入一個(ge) 邊沿速度為(wei) 示波器上升時間規格的3到5倍的脈衝(chong) 來測量示波器的上升時間。

　　數字應用需要的示波器帶寬

　　經驗告訴我們(men) ，示波器的帶寬至少應比被測係統最快的數字時鍾速率高5倍。如果我們(men) 選擇的示波器滿足這一標準，那麽(me) 該示波器就能以最小的信號衰減捕捉到被測信號的5次諧波。信號的5次諧波在確定數字信號的整體(ti) 形狀方麵非常重要。但如果需要對高速邊沿進行精確測量，那麽(me) 這個(ge) 簡單的公式並未考慮到快速上升和下降沿中包含的實際高頻成分。

　　公式：fBW ≥ 5 x fclk

　　確定示波器帶寬的一個(ge) 更準確的方法是根據數字信號中存在的最高頻率，而不是最大時鍾速率。數字信號的最高頻率要看設計中最快的邊沿速度是多少。因此，我們(men) 首先要確定設計中最快的信號的上升和下降時間。這一信息通常可從(cong) 設計中所用器件的公開說明書(shu) 中獲取。

　　第一步：確定最快的邊沿速度

　　然後就可以利用一個(ge) 簡單的公式計算信號的最大“實際”頻率成分。Howard W. Johnson博士就此題目寫(xie) 過一本書(shu) 《高速數字設計》。在書(shu) 中，他將這一頻率成分稱為(wei) “拐點 ”頻率（fknee）。所有快速邊沿的頻譜中都包含無限多的頻率成分，但其中有一個(ge) 拐點（或稱“knee”），高於(yu) 該頻率的頻率成分對於(yu) 確定信號的形狀就無關(guan) 緊要了。

　　第二步：計算fknee

　　fknee = 0.5/RT （10% - 90%）

　　fknee = 0.4/RT （20% - 80%）

　　對於(yu) 上升時間特性按照10% 到90%閥值定義(yi) 的信號而言，拐點頻率fknee等於(yu) 0.5除以信號的上升時間。對上升時間特性按照20% 到80%閥值定義(yi) 的信號而言（如今的器件規範中通常采用這種定義(yi) 方式），fknee等於(yu) 0.4除以信號的上升時間。但注意不要把此處的信號上升時間與(yu) 示波器的上升時間規格混淆了，我們(men) 這裏所說的是實際的信號邊沿速度。

　　第三步就是根據測量上升時間和下降時間所需的精確程度來確定測量該信號所需的示波器帶寬。表1給出了對於(yu) 具備高斯頻響或最大平坦頻響的示波器而言，在各種精度要求下需要的示波器帶寬與(yu) fknee的關(guan) 係。但要記住的是，大多數帶寬規格在1 GHz及以下的示波器通常都是高斯頻響型的，而帶寬超過1 GHz的通常則為(wei) 最大平坦頻響型的。

　　表1：根據需要的精度和示波器頻率響應的類型計算示波器所需帶寬的係數

　　第三步：計算示波器帶寬

　　下麵我們(men) 通過一個(ge) 簡單的例子進行講解：

　　對於(yu) 在測量500ps上升時間（10-90%）時具有正確的高斯頻率響應的示波器，確定其所需的最小帶寬

　　如果信號的上升/下降時間約為(wei) 500ps（按10%到90%的標準定義(yi) ），那麽(me) 該信號的最大實際頻率成分（（fknee）就約為(wei) 1 GHz。

　　fknee = （0.5/500ps） = 1 GHz

　　如果在進行上升時間和下降時間參數測量時允許20%的定時誤差，那麽(me) 帶寬為(wei) 1 GHz的示波器就能滿足該數字測量應用的要求。但如果要求定時精度在3%範圍內(nei) ，那麽(me) 采用帶寬為(wei) 2GHz的示波器更好。

　　20%定時精度：

　　示波器帶寬＝1.0x1GHz＝1.0GHz

　　3%定時精度：

　　示波器帶寬＝1.9x1GHz＝1.9GHz