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给和我一样的菜鸟们补补课:示波器第一指标——带宽

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XIANSir|  楼主 | 2011-4-27 21:09 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
前一段时间在论坛里发过一个帖子(https://bbs.21ic.com/icview-229590-1-1.html),问这个虚拟示波器到底能不能满足我最基本的需求!

无论如何,由于某些原因吧(乱七八糟的原因,或者叫借口,不提也罢),我最终还是在昨天下了订单,买了一台(估计明天能到)。
于是,在今天晚上吃饭的时候我就和我的同事谈起了这件事情,结果有位同事就对这个东西很不以为然——3M的带宽能干什么??这一问,我们就讨论了起来,我当时的想法是3M的带宽就是可以准确测量频率为3MHz的正弦波。想一想倒是也够用了。可是心里也还是不确定,于是今晚就网上查了一下示波器的带宽的意义。这一查我就后悔了::'(。。

把我找到的资料和跟我一样的菜鸟们分享一下:

示波器第一指标—带宽
带宽被称为示波器的第一指标,也是示波器最值钱的指标。示波器市场的划分常以带宽作为首要依据,工程师在选择示波器的时候,首先要确定的也是带宽。


通常谈到的带宽没有特别说明是指示波器模拟前端放大器的带宽,也就是常说的-3dB截止频率点,一般定义为正弦波输入信号幅度衰减到 -3dB(即幅度的70.7%
时的频率。
带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽,示波器将无法测量高频信号,幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失;如果没有足够的带宽,得到的信号所有特性,包含响铃和振鸣等都毫无意义。

一个决定您所需要的示波器带宽有效经验——
5倍经验准则”:将您要测量的信号最高频率分量乘以5,使测量结果获得高于2%的精度。
在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知道它的最快上升时间,这时频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间: Bw=0.35/信号的最快上升时间。

数字示波器带宽有两种类型:重复(或等效时间)带宽和实时(或单次)带宽。重复带宽只适用于重复的信号,显示来自于多次信号采集期间的采样实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率,且当捕捉的事件不是经常出现或瞬变信号时就更为重要,实时带宽与采样速率紧密联系。
带宽越高越好,但是更高的带宽往往意味着更高的价格,因此应按照预算来选择您要观察的信号频率成分。

A/D转换器的采样速率
单位为每秒采样次数( S/s ),指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丢失的概率就越小。
如何计算采样速率?计算方法取决于所测量的波形类型,以及示波器所采用的信号重建方式,例如正弦插入法,矢量插入法等。为了准确地再现信号并避免混淆,奈奎斯定理规定:信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而,这个定理的前提是基于无限长时间和周期连续的信号。由于示波器不可能提供无限时间的记录长度,而且从定义上看,低频干扰是不连续的,也不是周期的,所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。
实际上,信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法,即波形重建。一些示波器会为操作者提供以下选择:测量正弦信号的正弦插值法,以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。
有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插,则(采样速率 / 信号带宽)的比值至少应为 41 ;无正弦内插时,则应采取 101 的比值。

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沙发
XIANSir|  楼主 | 2011-4-27 21:19 | 只看该作者
按照上面的资料的说法:3M带宽的示波器能够精确测量的正弦波的最高频率也就3M/5=600KHz,小菜俺实在没经验,不知道这600KHz到底是个什么概念。

另外,网站上说采样速率16MHz,带宽3MHz。根据上面的说法“有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插,则(采样速率 / 信号带宽)的比值至少应为 4∶1 ;无正弦内插时,则应采取 10∶1 的比值。“,好像也差不多!!!

当时我们还争论,这个虚拟示波器里面使用的处理器是8位单片机呢??还是ARM呢??感觉如果采样速率真得能达到16MHz的话,那恐怕肯定得用ARM了,因为即使处理器使用80MHz的系统时钟,那么也要每5条指令就读取一次AD的转换值,并且还得传到PC上面去——不知道我的理解对不对???

另外,转换速率这么快的AD,恐怕必须得是外置的吧??单片机集成的AD好像没见过这么快的AD!!

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板凳
dqyubsh| | 2011-4-28 08:42 | 只看该作者
一般100M数字示波器,都得2G采样。至于怎么做的,估计是USB+FPGA+ADC吧,这个可能是最快了。

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地板
XIANSir|  楼主 | 2011-4-28 11:48 | 只看该作者
3# dqyubsh
嗯,干这个活儿CPU不如FPGA!!

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linbei1988| | 2011-4-30 09:05 | 只看该作者
这个...看了等于没看呀:L

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别叫我菜鸟| | 2011-5-13 13:43 | 只看该作者
俺做模拟,用不了那么大的带宽,20M都显多!

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rubber2| | 2011-10-16 08:53 | 只看该作者
谢谢!学习了。

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