上升時(shí)間測量與示波器帶寬的兩三事

1、上升時(shí)間測量與示波器帶寬的兩三事 簡介：在的日常用法中，小伙伴們用法最常見的功能應(yīng)當(dāng)是參數(shù)測量，信號的頻率、脈寬、幅度、均值等信息都可一覽無遺。但這些測量結(jié)果是否存在誤差?是否能讓人信服呢? 在示波器的日常用法中，小伙伴們用法最常見的功能應(yīng)當(dāng)是參數(shù)測量?，F(xiàn)在的示波器參數(shù)測量功能很強(qiáng)大，既可以測量頻率、脈寬等時(shí)光信息，也可以測量幅度、均值等信息，還可以統(tǒng)計(jì)升高沿次數(shù)、面積等其他要素。不過對于這些測量結(jié)果，精確度是否讓人信服?本文就以升高時(shí)光的測量誤差為例，突出示波器在測量中的注重事項(xiàng)。升高時(shí)光的定義升高時(shí)光是信號升高快慢的數(shù)值，那其精確的內(nèi)涵該是如何定義了?說來話長，由于定義是比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，一環(huán)套

2、一環(huán)。按常規(guī)理論：信號的升高時(shí)光是正向沿的較低閾值交錯(cuò)點(diǎn)與較高閾值交錯(cuò)點(diǎn)之間的時(shí)差。顧名思義，升高時(shí)光絕對是在信號的升高沿時(shí)測量的;較低閾值、較高閾值的設(shè)定值在某些示波器中是可以自定義的，默認(rèn)為10%、90%幅值處。而幅值的定義，就是頂部值(top)與底部值(bottom)之差。頂部值，即波形較高部分的眾數(shù)(最普遍值)。圖1 升高時(shí)光的定義圖2 頂部值、底部值的定義為什么要測量升高時(shí)光在日常對待信號快慢的態(tài)度上，小伙伴們普通只關(guān)懷信號的頻率，而不關(guān)懷信號的升高時(shí)光。兔子是跑得快，但跑得慢的不一定是烏龜。在標(biāo)準(zhǔn)的正弦波中，升高時(shí)光與頻率是清純的數(shù)學(xué)關(guān)系，但在實(shí)際中，從傅里葉級數(shù)可知，實(shí)際的波形是

3、基波和高次諧波混合的產(chǎn)物。因此，波形高次諧波的比重越大，其升高時(shí)光就越短。與信號的頻率相比，升高時(shí)光更能代表信號的快慢。所以不要小看低頻的信號，只要它的升高沿是在眨眼爆發(fā)的，則足以引起信號的振鈴、反射、過沖等一系列問題。圖3 波形本質(zhì)的圖解示波器帶寬的內(nèi)涵奧林匹克的口號是“更快、更高、更強(qiáng)”，在示波器上的“更快”，則是對帶寬的要求。示波器中的模擬通道，簡化來看就是個(gè)低通。它對頻率越高的信號，衰減就越嚴(yán)峻。普通會(huì)把信號功率衰減了-3db時(shí)的頻率，定義為示波器的帶寬。固然，目前示波器的模擬技術(shù)進(jìn)展神速，在示波器標(biāo)定的帶寬頻率點(diǎn)時(shí)，會(huì)有一定的裕量，所以在示波器的帶寬頻率點(diǎn)，幅度的衰減是-3db以內(nèi)的

4、。特殊解釋的是，探頭也是組成測量系統(tǒng)的重要一環(huán)，若測試中用法到探頭，則必需考慮探頭對帶寬的影響。圖4 帶寬的圖解帶寬對升高時(shí)光的影響如上文所言，示波器對測量信號的幅度上有衰減。按照升高時(shí)光的定義，幅度的誤差必定會(huì)導(dǎo)致升高時(shí)光的出錯(cuò)，從而引入了誤差。在日常用法中，對示波器測得的升高時(shí)光，必需考慮到示波器對其的影響。通常來說，可以按照示波器的帶寬，引入一個(gè)示波器自身升高時(shí)光的概念ttro，其定義為ttro=0.35/bw，bw即為示波器的帶寬。對于200mhz的示波器，可得ttro=0.35/200mhz=0.35*5ns=1.75ns.而對于升高時(shí)光為t的信號來說，按照閱歷公式，可以得出測量的升

5、高時(shí)光為tmea = sqrt(ttro2+ t2)。t與tmea的差距，就是測量的誤差了。按照閱歷公式，測量的升高時(shí)光還可以評價(jià)示波器帶寬是否滿足其標(biāo)定帶寬。給示波器輸入一個(gè)升高沿極快的信號，其升高時(shí)光為ps級別的。這樣在公式中t是可以忽視不計(jì)的，公式中起作用的為示波器自身的ttro。此時(shí)示波器的測量值，應(yīng)該小于其計(jì)算的升高時(shí)光(由于示波器的帶寬是留有裕量的)。綜述示波器測量升高時(shí)光有誤差，那對電壓的測量呢?示波器內(nèi)的的辨別率普通為8bit(目前有廠家提升到10bit、12bit)，其增益精確度與偏移精確度約在±2%左右。在測量直流電壓的精確度上，其還不如一個(gè)3位半的手持。在測量時(shí)光精度上，示波器時(shí)基的誤差約在0.5ppm至30ppm之間，即在十萬分之3以內(nèi)，這相比于專業(yè)的頻率計(jì)，誤差還是挺大了。既然示波器測量值都比其他儀器差，那示波器的價(jià)值何在?其實(shí)對于示波器來說，應(yīng)當(dāng)視為定性觀看的工具，是在日常研發(fā)、調(diào)試