精確測(cè)脈沖，示波器帶寬要多高？

一波未平，一波又起。又有用戶來(lái)投訴示波器和波形發(fā)生器這一對(duì)夫妻了：“我新買了33250A，用它輸出50MHz的脈沖，怎么示波器觀察像正弦波啊?你這臺(tái)33250A有問題吧?但如果把信號(hào)改為10MHz的方波，就看上去是非常好的脈沖”。這位用戶投訴的33250A，是安捷倫80MHz的函數(shù)和任意波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生可變上升沿的50MHz的脈沖。上升和下降沿小于5ns.

我們首先按照常理回答這個(gè)用戶：“一般用戶理解脈沖，通常是方方正正的，但這是不可能的，因?yàn)檫@需要無(wú)窮快的上升沿，這這就意味這信號(hào)帶寬無(wú)窮大，不僅難以實(shí)現(xiàn)，而且會(huì)帶來(lái)更多的電磁輻射問題。因此，如果示波器測(cè)量出這個(gè)方波的上升沿不于5ns，就應(yīng)該沒問題。”但用戶隨后跟了一句：“我測(cè)了上升沿，可不止5ns”。

在我們脫口而出“要不你送我們維修部檢查一下”之前，我隨口問了一句：“你用的示波器帶寬是多少”。用戶很堅(jiān)定地回答：“100MHz，測(cè)這個(gè)50MHz的信號(hào)沒問題”

這就是問題了。實(shí)際上，一臺(tái)100MHz帶寬的示波器對(duì)33250A50MHz的脈沖進(jìn)行測(cè)試，即使采樣率再高，測(cè)試5ns上升沿的50MHz脈沖，顯然是不夠的。

首先脈沖波是一個(gè)頻譜分量眾多的信號(hào)，其包括了基波和高次諧波。這樣，信號(hào)的帶寬不是有頻率決定的，而是上升沿。所以脈沖信號(hào)的帶寬要高于信號(hào)的實(shí)際頻率。而示波器的帶寬是有限的，所以使用示波器觀察脈沖時(shí)，如果帶寬不夠，看起來(lái)就像一個(gè)正弦波。如下圖：

相比于被測(cè)信號(hào)，示波器的帶寬越大，脈沖信號(hào)的高次諧波分量越容易被抓到，信號(hào)就越不會(huì)失真。

可以通過以下方法估算測(cè)試信號(hào)的帶寬，已經(jīng)需要多大帶寬的示波器來(lái)測(cè)量：

l根據(jù)信號(hào)的最快上升沿時(shí)間t (信號(hào)從10%~90%的閾值時(shí)間)，計(jì)算信號(hào)的實(shí)際帶寬：信號(hào)帶寬(BWsignal)=0.35/t.這就說是信號(hào)中絕大多數(shù)信號(hào)頻譜分量分布的帶寬。以33250A的輸出脈沖為例，t=5ns，信號(hào)帶寬(BWsignal)=70MHz

l根據(jù)測(cè)量精度的要求，選擇合適帶寬的示波器。用不同帶寬示波器測(cè)量信號(hào)，會(huì)得到不同的誤差。通常用以下方法估算測(cè)量誤差：

以33250A為例， 50MHz 脈沖的帶寬是70MHz， 如果希望測(cè)量誤差小于2%，就需要示波器的帶寬必須5倍于信號(hào)的帶寬，即350HMz 帶寬。

一句話，脈沖波帶寬取決于上升沿;要根據(jù)測(cè)量精度要求，來(lái)選用合適帶寬的示波器。