【導讀】據統計
，工程師們使用示波器最頻繁的功能是“參數測量”
，但很多人並不知道示波器的帶寬會影響測試結果，今天我們就以上升時間的測量為例，分析它與示波器帶寬不可分割的關係 。

上升時間的定義

信號上升時間並不是信號從低電平上升到高電平所經曆的時間，而是其中的一部分。按常規理解就是：信xin號hao的de上shang升sheng時shi間jian是shi正zheng向xiang沿yan的de較jiao低di閾yu值zhi交jiao叉cha點dian與yu較jiao高gao閾yu值zhi交jiao叉cha點dian之zhi間jian的de時shi差cha。顧gu名ming思si義yi，上shang升sheng時shi間jian肯ken定ding是shi在zai信xin號hao的de上shang升sheng沿yan時shi測ce量liang的de，較jiao低di閾yu值zhi、較高閾值的取值在某些示波器中是可以自定義的
，默認為 10%
、90%幅值處。而幅值的定義
，就是頂部值（Top）與底部值（Buttom）之差。頂部值，即波形較高部分的眾數（最普遍值）。

為什麼要測量上升時間

上升時間對電路性能有著重要的影響，比如信號上升時間的減小
，會引發反射、串擾、軌道塌陷
、電磁輻射
、地彈等問題。

對(dui)於(yu)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)
，輸(shu)出(chu)的(de)通(tong)常(chang)是(shi)方(fang)波(bo)信(xin)號(hao)。方(fang)波(bo)的(de)上(shang)升(sheng)邊(bian)沿(yan)非(fei)常(chang)陡(dou)峭(qiao)
，根(gen)據(ju)傅(fu)立(li)葉(ye)分(fen)析(xi)，任(ren)何(he)信(xin)號(hao)都(dou)可(ke)以(yi)分(fen)解(jie)成(cheng)一(yi)係(xi)列(lie)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)的(de)正(zheng)弦(xian)信(xin)號(hao)，如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)，方(fang)波(bo)中(zhong)包(bao)含(han)了(le)非(fei)常(chang)豐(feng)富(fu)的(de)諧(xie)波(bo)成(cheng)分(fen)。疊(die)加(jia)的(de)諧(xie)波(bo)成(cheng)分(fen)越(yue)多(duo)，波(bo)形(xing)就(jiu)越(yue)像(xiang)方(fang)波(bo)，諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)越(yue)多(duo)，上(shang)升(sheng)沿(yan)越(yue)陡(dou)峭(qiao)。或(huo)從(cong)另(ling)一(yi)個(ge)角(jiao)度(du)說(shuo)
，如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)升(sheng)邊(bian)沿(yan)很(hen)陡(dou)峭(qiao)，上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)很(hen)短(duan)，那(na)該(gai)信(xin)號(hao)的(de)帶(dai)寬(kuan)就(jiu)很(hen)寬(kuan)。

方波的傅裏葉分析

帶寬的定義

 示波器組織框架

帶(dai)寬(kuan)是(shi)示(shi)波(bo)器(qi)主(zhu)要(yao)指(zhi)標(biao)之(zhi)一(yi)
，它(ta)決(jue)定(ding)了(le)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)試(shi)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)的(de)能(neng)力(li)。主(zhu)要(yao)由(you)放(fang)大(da)器(qi)等(deng)模(mo)擬(ni)器(qi)件(jian)決(jue)定(ding)的(de)。對(dui)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)說(shuo)


，其(qi)增(zeng)益(yi)隨(sui)著(zhe)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)增(zeng)高(gao)會(hui)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)。一(yi)般(ban)把(ba)放(fang)大(da)器(qi)增(zeng)益(yi)下(xia)降(jiang)-3dB對應的頻點稱為這個放大器的帶寬，示波器的帶寬也是用同樣方法定義的。

帶寬圖解

帶寬對上升時間的影響

-3dB是(shi)按(an)照(zhao)信(xin)號(hao)的(de)功(gong)率(lv)增(zeng)益(yi)下(xia)降(jiang)一(yi)半(ban)得(de)出(chu)來(lai)的(de)，大(da)家(jia)都(dou)知(zhi)道(dao)功(gong)率(lv)與(yu)電(dian)壓(ya)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)，故(gu)當(dang)功(gong)率(lv)增(zeng)益(yi)下(xia)降(jiang)一(yi)半(ban)時(shi)
，電(dian)壓(ya)隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)增(zeng)加(jia)降(jiang)為(wei)原(yuan)來(lai)的(de)0.707倍。比如給一個500MHz帶寬的示波器輸入一個500MHz，峰峰值為1V的方波信號，此時測出的結果約為0.7V，所以示波器對測量信號的幅度上也會有衰減。

根(gen)據(ju)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)的(de)定(ding)義(yi)，幅(fu)度(du)的(de)誤(wu)差(cha)必(bi)然(ran)會(hui)導(dao)致(zhi)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)的(de)出(chu)錯(cuo)

，從(cong)而(er)引(yin)入(ru)了(le)誤(wu)差(cha)。在(zai)日(ri)常(chang)使(shi)用(yong)中(zhong)，對(dui)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)得(de)的(de)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)到(dao)示(shi)波(bo)器(qi)對(dui)其(qi)的(de)影(ying)響(xiang)。通(tong)常(chang)來(lai)說(shuo)

，可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)，引(yin)入(ru)一(yi)個(ge)示(shi)波(bo)器(qi)自(zi)身(shen)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)的(de)概(gai)念(nian) Ttro
，其定義為 Ttro=0.35/BW，BW 即為示波器的帶寬。對於 200MHz 的示波器
，可得 Ttro=0.35/200MHz=0.35*5ns=1.75ns.而對於上升時間為 T 的信號來說，根據經驗公式

，可以得出測量的上升時間為：

Tmea = sqrt（Ttro²+ T²)

T 與 Tmea 的差距，就是測量的誤差了。

下麵做個測試實驗，將一個100Mhz
，邊沿為500ps的數字時鍾信號接入不同帶寬示波器進行邊沿測試。

下圖為100M帶寬示波器得到的波形結果，此時信號已明顯變形，隻顯示出一個100Mhz的正弦波。

100M示波器測試圖

下圖為500M帶寬示波器得到的波形結果，得到的上升時間約為750ps。此情況下示波器對信號上升時間的測量結果比較接近示波器自身的上升時間（700ps）
，而不是輸入信號的上升時間500ps。但此時示波器最高能捕獲到信號的5次諧波
，若對數字測量要求不高的話，此時已滿足測試需求。 

500M示波器測試圖

下圖為2G帶寬示波器得到的波形結果

，得到的上升時間約為495ps。接近輸入信號的上升時間500ps。現在可以看到比較精確的時鍾信號。但此時示波器成本投入也比較大。 

2G示波器測試圖

總結

對模擬應用測試，其示波器的帶寬應比被測的模擬信號最高頻率高2～3倍即可
；

對數字應用測試
，示波器帶寬至少應比被測設計的最快時鍾速率快5bei，cishikebaozhengjibendexinhaoxingzhuang，danzaixuyaojingqueceliangxinhaodebianyanhuozheshixudeqingkuangxia
，zeyinggenjuxinhaodezuikuaibianyangusuanqixinhaodaikuanbingjucijuedingxuyaodeshiboqidaikuan。

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