如何选择选择示波器的带宽

俗话说，示波器是工程师的眼睛，“眼睛”好不好直接影响到我们对电子世界的观察。

在选择示波器的时候，带宽就是一个非常重要的指标。一般建议根据信号的上升时间的大小或者信号的带宽来决定选择示波器带宽的大小。选择示波器的带宽应该是信号带宽的3-5倍甚至更高。下面我们就根据一些测量结果来解释这是为什么。

测试的信号为500 ps 的 100 MHz 数字时钟。图 1显示了使用 100 MHz 带宽示波器对边沿速度（10% 至 90%）为 500 ps 的 100 MHz 数字时钟信号进行测量获得的波形结果。如图所示，示波器仅允许该时钟信号的 100 MHz 基本波形通过，从而将时钟信号显示为近似正弦波。对于许多采用 8 位 MCU 且时钟速率在 10 MHz 至 20 MHz 之间的设计，使用 100 MHz 示波器进行测量就足以满足需要；但要测量 100 MHz 时钟信号，100 MHz 带宽示波器就无能为力了。

图1 - 使用100MHz带宽示波器捕获100MHz时钟信号

500 MHz 带宽示波器能够捕获 5 次谐波，因而成为我们首选推荐的解决方案（如图 2 所示）。但是当测量上升时间时，我们看到示波器测得的结果为大约 800 ps。在这种情况下，示波器无法非常精确地测量此信号的上升时间。示波器实际上测量的是接近于自身上升时间（700 ps）的目标，而不是输入信号的上升时间（500 ps 左右）。如果在这个数字测量应用中计时测量非常重要的话，我们需要使用更高带宽的示波器。

图2- 使用500MHz带宽示波器捕获100MHz时钟信号

借助 1 GHz 带宽示波器，我们可以获得更精确的信号图形（如图 3所示）。当测量上升时间时，我们看到示波器测得的结果大约为 600 ps。这个测量为我们提供大约 20% 的测量精度，是一种备受欢迎的测量解决方案，特别适合预算紧张的状况。但是这种测量也未必能够涵盖全部的应用范畴。

图3 - 使用1 GHz带宽示波器捕获100MHz时钟信号

如果想要以超过 3% 的精度和 500 ps 的边沿速度对信号进行测量，我们确实需要使用 2 GHz 及以上带宽的示波器（通过之前的示例确定了这一数值）。如图 4 所示，2-GHz 带宽的示波器能够更精确地显示这个时钟信号，同时非常准确地测量上升时间（约 520 ps）。

图4 - 使用2GHz带宽示波器捕获100MHz时钟信号

从上面的内容中我们可以看到，示波器虽然是信号带宽的5倍了，但是测量出来的结果误差依然很大。这是因为：看起来示波器的带宽足够，但是其系统本身的上升时间非常缓慢，导致其带宽也大大地减少了。所以我们在选择示波器的时候要多了解一些深层次的原理。不要简单地理解选择3-5倍信号带宽的示波器就足够了。尤其是数字信号时钟这类信号。

审核编辑：汤梓红