示波器那些事兒--之帶寬

示波器帶寬是指正弦曲線輸入信號被衰減到信號真實幅度70.7%的頻率，稱為-3dB點。如圖所示：

如果沒有充足的帶寬，示波器將不能解析高頻變化，幅度將失真，邊沿將消失，細節將丟失。如果沒有充足的帶寬，示波器的所有功能和浮華都沒有任何意義。

任何信號都可以分解成無數次諧波的疊加，從頻域來理解，帶寬選擇的總原則是：帶寬能覆蓋被測信號各次諧波的99.9%的能量就足夠了。帶寬選擇的根源就在于：我們不能直觀地知道被測信號能量的99.9%對應的帶寬是多少。

“示波器的帶寬當然是越高越好”這句話從某種意義上是正確的：帶寬越高，意味著能夠準確測量被測信號的帶寬越高，可能實現的信號復現精度就越高；示波器的帶寬越高，那么示波器的上升時間越小，測量出上升時間的準確度越高。但是帶寬越高，價值越大，也越值錢。另外從使用角度來說，帶寬越高未必越好。

在不確定信號分解到第N次諧波的時候能量衰減到99.9%，在選擇和使用示波器時可以留下足夠的帶寬裕量，但是帶寬過高會造成一個嚴重問題是：引入的噪聲能量超過了同等帶寬范圍內的信號的自身的能量，也會導致測量結果不準確，這就是測量中反復要提及的信噪比（SNR）問題。

假如使用500MHz的示波器能覆蓋被測信號99.9%的能量，測量精度可以達到5%以內，但是我們偏要使用1GHz的示波器，那么在500MHz～1GHz頻率范圍內引入的噪聲能量遠遠大于500MHz～1GHz范圍內覆蓋的被測信號剩下的0.1%的能量，測量的結果在時域上就表現為波形上疊加了很多高頻成分的隨機噪聲，影響到一些參數的測量結果，因此反而使用500MHz測量的結果更準確！這就是為什么在測量電源紋波時候，我們要將帶寬限制為20MHz。

在數字領域中，上升時間測量至關重要。在預計測量數字信號時，如脈沖和階躍，上升時間可能是更適合的性能考慮因素。示波器必須有充足的上升時間，才能準確捕獲迅速跳變的細節，示波器上升時間越快，捕獲快速跳變關鍵細節的精度越高。上升時間描述了示波器的實用頻率范圍。在某些應用中，可能只知道信號的上升時間，有一個常數，可以把示波器的帶寬和上升時間關聯起來：

帶寬=K/上升時間

其中K是位于0.35和0.45之間的值，具體視示波器頻響曲線形狀和脈沖上升時間響應的形狀而定。帶寬<1GHz的示波器的K值一般為0.35，帶寬>1GHz的示波器的K值一般為0.40和0.45之間。

為確定準確檢定特定應用中信號幅度所需的示波器帶寬，應采用5倍法則，即

示波器帶寬≧信號的最高頻率成分X5

使用5倍法則選擇的示波器將在測量中提供小于±2%的誤差，這對當前應用一般足夠了。但是隨著信號速度的提高，這一經驗法則可能實現不了。

某些示波器通過數字信號處理，提供了一種增強帶寬的方法。可以使用DSP任意均衡濾波器，改善示波器通道響應。這個濾波器擴大了帶寬，使示波器通道頻響平坦化，改善相位線性度，在通道之間實現更好的匹配程度。它還降低了上升時間，改善了時域階躍響應。