带宽告诉我们什么

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1、模拟带宽是简单地规定正弦波的实测幅度比实际正弦波幅度低3B的频率(参见IEEE-1057)。     如果您想在正弦波上仅以3%的误差进行幅度测量，那么您要在比示波器额定带宽低的频率中测量正弦波。由于大多数信号要比正弦波复杂，使用测量设备(如示波器)时通用的经验法则是其带宽应该是要测量的信号带宽的五倍。这一通用法则并不适用于所有情况，因为对相同频率的信号，上升时间会变化，谐波内容也会变化。带宽没有告诉我们什么？     大多数普通用户选择使用示波器，显示和测量复杂的电信号和光学信号，其在仪器显示器上显示为信号幅度随时间变化图。模拟带宽是一个关键的示波器指标，这基于频域中的必要性，而不是时

2、域中的必要性。根据采样定理，复杂的信号将包含许多频谱成分(如包含若干离散的、但谐波相关的正弦成分的多音调)。     通过使用频谱分析，我们可以了解哪些成分用于采样的信号。但是，为全面检定这些成分，我们必须知道构成复杂信号的每个成分的准确幅度和相位。在这种情况下，带宽指标几乎没有提到仪器怎样捕获这些细节。从带宽角度看，我们所知道的全部信息是对正弦波输入，幅度误差在指定带宽上接近30%。                                      图1.泰克50GHz等效时间采样示波器捕获的30ps上升时间脉冲                                 

3、           图2.泰克20GHz实时示波器捕获的30ps上升时间脉冲 什么时候上升时间比带宽更重要？     除通用信号分析外，大多数工程师还关注时间测量，如上升时间和下降时间。因此，为从指定带宽中估算示波器系统的上升时间，我们可以使用近似公式，如：                 Tr=0.35/BW      带宽和上升时间之间的这个0.35系数基于简单的10-90%上升时间单极模型，其假设系统响应呈高斯分布。实际上，特别是在当前的数字示波器中，这一假设根本就不正确，带宽乘以示波器的上升时间常数，得到的结果可能会接近0.45。     那么为上升时间测量选择最好的示波器有什

4、么实际意义呢？两台示波器拥有相同的带宽性能，但上升时间、幅度和相位响应相差可能会非常大。因此，只知道示波器的带宽并不能可靠地告诉我们示波器的测量功能，也不能告诉我们示波器准确捕获复杂信号的能力，如高速串行数据流。此外，从带宽x上升时间的近似计算中得出的上升时间，可能是不准确的。了解示波器上升时间和下降时间响应的最可靠方式是使用比示波器快得多的理想阶跃信号进行测量。     图1显示了50GHz等效时间采样示波器测量的大约30ps的上升时间。图2则使用20GHz实时示波器测量相同的信号。50GHz采样示波器测得的上升时间为29.2ps，20GHz实时示波器测得的上升时间为29.6ps。在检

5、定上升时间~30ps的最快速的第三代高速串行信号时，20GHz实时示波器的上升时间误差为0.3ps或~1%.                                  图3:使用泰克20GHz实时示波器捕获的12.5Gb/sPRBS7数据的眼图                                 图4.使用泰克50GHz等效时间采样示波器捕获的12.5Gb/sPRBS7数据的眼图     上面的实验指出了本次讨论的症结所在：信号带宽本身不能告诉我们信号的频谱内容。测量系统准确测量上升时间的能力，比单纯的带宽影响要更大。上升时间越快，生成的基础频率谐波越高。视信号中的跳

6、变速度，在更高的谐波上可能有、也可能没有足够的频谱内容，需要带宽更高的仪器。大多数高速串行信号在流经信道时，上升时间已经下降。在图3和图4中，大家看到两台示波器捕获的12.5Gb/sPRBS7数据的眼图，一个是在20GHz实时示波器上获得的(图3)，另一个是在50GHz等效时间采样示波器上获得的(图4)。从两张图片对比中可以看出，实时示波器基本上看不到信号劣化。这是因为信号的上升时间不够快，不足以把能量推送到高阶谐波，而必需使用带宽更高的设备。     由于当前生产的许多大容量、低成本电路板中采用的材料，上升时间也受到了限制。市场上提供了许多新奇的电路板材料，扩展了这些限制，但其成本通常

7、很高，而不能用于大批量制造环境中。当前生产的大多数FR-4材料的上升时间限定在~30ps左右。                                                 图5.阶跃响应畸变[图示内容：]TypicalVerticalPositionandTriggerLevelRange:典型的垂直位置和垂直电平范围GroundReference:接地参考TriggerLevel:触发电平PossibleDis