示波器帶寬過大的缺點

示波器帶寬應(yīng)該足夠高才能進行準(zhǔn)確的測量，但是這個參數(shù)有上限嗎？示波器帶寬過多是否會以某種方式降低我們的測量精度？請注意，示波器帶寬設(shè)置進入示波器的噪聲帶寬。

示波器帶寬應(yīng)該足夠高才能進行準(zhǔn)確的測量，但是這個參數(shù)有上限嗎？示波器帶寬過多是否會以某種方式降低我們的測量精度？請注意，示波器帶寬設(shè)置進入示波器的噪聲帶寬。
例如，考慮測量 33 MHz 正弦波。根據(jù)上面的討論，我們可以使用帶寬約為100 MHz的示波器來測量該信號。如果我們使用 8 GHz 示波器進行此測量，則 100 MHz 至 8 GHz 范圍內(nèi)的所有噪聲分量都將進入示波器。這些噪聲成分將使屏幕上的跡線看起來有點模糊。
在許多情況下，這可能不是一個嚴(yán)重的問題，但如果您希望您的產(chǎn)品通過嚴(yán)格的性能或合規(guī)性規(guī)范，您必須注意這些細(xì)節(jié)并提供產(chǎn)品輸出的演示。
采樣率
輸入信號經(jīng)過模擬前端調(diào)節(jié)后，被傳遞到 A/D 轉(zhuǎn)換器。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，ADC f s 的采樣率必須至少是感興趣的頻率分量的兩倍。這意味著我們需要一個抗混疊濾波器來限制 ADC 輸入端信號的帶寬。在圖1中，抗混疊濾波是通過模擬前端的低通特性來實現(xiàn)的。
盡管該濾波器抑制了高頻分量，但我們沒有磚墻低通特性。當(dāng)我們移動到更高的頻率時，幅度衰減會增加，但我們不會有無限的衰減。假設(shè)我們選擇采樣頻率f s如圖 1所示。

圖1

由于我們在 f s處的衰減有限，因此在此頻率出現(xiàn)的任何噪聲分量將僅被低通特性部分抑制。換句話說，ADC 輸入端的信號帶寬并沒有真正受到限制，我們可能仍然有相對較大的頻率分量高于
f
s
2
（違反奈奎斯特準(zhǔn)則）。
這將如何影響我們測量的準(zhǔn)確性？
采樣過程將以采樣頻率的倍數(shù)創(chuàng)建頻譜的副本。在 0 到 f s的頻率范圍內(nèi)，我們將得到如圖 2所示的頻譜。

圖2

雖然藍(lán)色曲線是我們在數(shù)字化儀輸出處想要的光譜，但采樣過程會創(chuàng)建原始光譜（由紅色曲線描繪）的不需要的副本。藍(lán)色和紅色曲線分量的疊加為我們提供了 ADC 輸出處的數(shù)字信號的頻譜。
圖2顯示部分復(fù)制頻譜與我們所需的頻帶重疊，該頻帶位于 0 到 f BW的范圍內(nèi)。該所需頻帶應(yīng)由 A/D 轉(zhuǎn)換器后面的數(shù)字電路提取和處理。我們怎樣才能提取出這個想要的頻段呢？
從 f BW到 f s -f BW的頻率分量可以通過尖銳的數(shù)字濾波器有效抑制（見圖 5）。消除這個不需要的頻帶可以得到更高效的數(shù)字電路。

圖3

復(fù)制頻譜中出現(xiàn)在 0 到 f帶寬范圍內(nèi)的部分又如何呢？
這些頻率分量無法通過在 ADC 輸出端放置濾波器來抑制。如圖 2 所示，這些不需要的分量從位于 f s -f BW到 f s范圍內(nèi)的原始頻譜部分折回。因此，我們可以通過增加采樣率（對于給定的 f BW）來抑制這些混疊分量。這樣，混疊分量經(jīng)歷的衰減就會增加。
查看圖 2。折回組件的可接受衰減是多少？
衰減應(yīng)足夠大，以使混疊分量遠(yuǎn)低于 A/D 轉(zhuǎn)換器的量化水平。在實際應(yīng)用中，對于高斯頻率響應(yīng)示波器，我們通常需要實時采樣率為示波器帶寬的4-5倍。具有平坦頻率響應(yīng)的示波器具有更尖銳的滾降。因此，大約 2.5 倍示波器帶寬的采樣率可以使此類示波器達到可接受的精度。
如果混疊嚴(yán)重，顯示的跡線會受到怎樣的影響？

圖4.圖片由是德科技提供

圖4顯示了示波器帶寬和采樣率分別為 500 MHz 和 1 GSa/s 的測量結(jié)果。
正如您所看到的，當(dāng)進行重復(fù)測量時，跡線會圍繞信號邊緣擺動。這是因為波形中具有更尖銳過渡的部分包含更高的頻率分量，并且混疊在這些區(qū)域中變得更加明顯。