电子电路硬件测试基础-板级测试工具之示波器(1)
nanshan 2025-07-02 23:22 4 浏览 0 评论
示波器介绍
示波器，作为一种电子测试仪器，主要用于对电信号的波形进行测量、显示与分析。它的工作原理是将电信号的瞬时值转化为屏幕上的垂直偏移，并以时间为基准在水平轴上展开，进而生成信号的图形化呈现。
借助示波器，我们能够对信号的诸多特性进行观察与分析，诸如幅度、频率、相位、周期、上升时间、下降时间等。在这些特性之中，有两个最为关键的参数，即带宽和采样率。
示波器的带宽决定了其能够精准测量的最高频率。通常而言，示波器的频率响应存在两种类型，分别为高斯响应和最大平坦度响应。具备高斯响应的示波器，在低频阶段会逐渐衰减，且在 -3dB 带宽附近呈现缓慢下降的态势；而拥有最大平坦度响应的示波器，在带宽范围内能够提供更为平稳的响应，并且在 -3dB 带宽附近会有更为陡峭的下降，这有助于减少采样混叠现象，提升测量的精准度。
在挑选示波器时，我们应当综合考量测试需求、预算以及使用场景等因素，从而确定最为适宜的类型和带宽。
示波器带宽
示波器带宽，指的是示波器能够精确测量信号的最高频率。一般情况下，示波器的带宽被定义为当信号幅度衰减至其最大值的 70.7%（即 -3dB 点）时所对应的频率。这一参数对于保障示波器能够精准捕获并清晰显示信号波形起着至关重要的作用。
倘若示波器的带宽低于被测信号的频率，那么示波器便可能无法准确呈现信号的真实波形，进而导致信号出现失真现象。
示波器的带宽与信号的上升时间存在着紧密联系。上升时间指的是信号从低电平跃变至高电平所需的时长，通常以百分比（例如 10% 到 90%）的形式来表示。示波器的上升时间通常可依据以下公式进行估算：
对于具备高斯响应的示波器：上升时间 (tr≈0.35/BW)（其中 (BW) 代表带宽）
对于拥有最大平坦度响应的示波器：上升时间 (tr≈0.4/BW 或 0.42/BW)
此处的 0.35 和 0.4 属于示波器带宽和上升时间之间的比例系数，这些系数源自示波器放大器的一阶高斯型 RC 低通滤波器的响应模型。这些模型详尽描述了示波器对信号的频率响应情况，也就是示波器随着频率升高而逐渐丧失对信号响应能力的过程。
在实际应用场景中，为确保示波器能够精确测量信号，通常建议示波器的带宽至少为被测信号频率的 3 到 5 倍。这一准则被称作“五倍法则”，它为捕获信号的高频成分提供了充足的带宽余量，从而保证了信号能够得到准确的测量与分析。
示波器的采样率
示波器的采样率，指的是示波器每秒钟对信号实施采样的次数，一般以每秒采样数（Samples per Second）作为衡量单位，常见的有每秒百万次（MSa/s）、每秒十亿次（GSa/s）等表述。
采样率堪称示波器性能的一项关键参数，它直接关乎示波器捕获与重现信号的能力。具体而言，采样率体现的是示波器的模数转换器（ADC）在单位时间内对模拟信号进行数字化转换的频率。从理论层面来讲，采样率不仅决定了示波器所能捕获的最高信号频率，还决定了其精准呈现信号细节的能力。
采样率还与示波器的存储深度存在紧密关联。存储深度指的是示波器能够存储的采样点数量，它决定了示波器可以连续捕获信号的时长。若要在高采样率的情况下维持相同的捕获时间，往往就需要更大的存储深度。
通常情况下，示波器的采样率会高于其带宽，以此确保能够精准地捕获和显示信号。例如，一台具备 1 GHz 带宽的示波器，其采样率可能会达到 4 GHz 甚至更高。
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