数字示波器特性及应用

　　随着科学技术的飞速发展，数字示波器在电子测试中得到了广泛地应用，其具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点。由于数字示波器与模拟示波器无论在工作原理，还是在性能指标上都有很大的区别，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试结果。为此，我们通过对数字示波器带宽和取样速率的分析，说明数字示波器在实际工程应用中对波形测试的影响。

　　1 数字示波器带宽特性描述

　　随着数字技术在集成电路的高速发展，示波器由传统的模拟示波器发展为目前广泛使用的数字存储示波器。由于其工作原理不同，描述示波器特性的参数也有所不同。数字示波器带宽特性与传统模拟示波器的也有所不同，模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。

　　1.1 模拟带宽

　　示波器模拟带宽表明了该示波器垂直系统的频响特性，即应付高频信号的能力。一般用幅频特性的带宽来表征示波器垂直偏转通道的特性，模拟带宽是指垂直偏转通道对正弦波的幅频响应下降到中心频率的 0.707 倍 (-3 dB) 时的频率范围，称为 -3 dB 带宽。

　　1.2 数字实时带宽

　　数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，其带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子 k 相关，既数字实时带宽=最高数字化速率/k，式中系数 k 取决于存储波形的显示技术，当用光点显示时 k=25，用矢量显示时 k=10，用正弦内插显示时 k=2.5。

　　2 数字示波器带宽对波形测量的影响

　　2.1 模拟带宽对波形测量的影响

　　对某些数字示波器来说，实时带宽理论上超过模拟带宽，但由于输入通道使频率上限以上的信号会产生衰减，因此，数字实时带宽要小于模拟带宽。显然，模拟带宽仍然确定了示波器可以捕获的最高频率。

　　当数字示波器模拟带宽比被测信号带宽低时，波形幅度严重衰减，直接影响波形时间、幅度的测量精度。选多少合适，与测量精度要求有关。例如：假定被测信号为 1V、100 MHz，采用一台 100 MHz 带宽示波器，根据示波器带宽的定义，在示波器上将可以看到 0.707 V 的信号，测量误差将达到 30%。因此，通常要求选用示波器的带宽应高于被测信号的最高频率 3~5 倍。

　　2.2 实时带宽对波形测试的影响

　　实时带宽表明了数字示波器用单次触发脉冲在一次采集过程中，对整个输入波形进行取样，采集足够的取样点精确重建波形能够达到的最高频率。实时带宽受数字示波器的取样率限制，使用较高取样率的数字示波器，可以实时方式捕获较高带宽的信号。例如：需捕获和存储一个 50MHz 单次信号，用具有 400 MHz 模拟带宽和 1GHz/s 采 样 率 的 示 波 器 ， 其 实 时 带 宽 为1/2.5(GS/s)=400 MHz，它可以很容易在实时状态下捕获 50 MHz 的单次信号。但是选用具有 400MHz 模拟带宽和 100 MS/s 取样率的示波器，其实时带宽只有 100/2.5(MS/s)=40 MHz，它就不能以实时方式准确地捕获 50 MHz 的单次信号，可见实时带宽直接影响单次信号波形的捕获和测量。