你必须要懂的示波器幅频特性曲线

频特性曲线在带宽范围以内和理想曲线之间偏差控制在多大。只要在带宽范围以内，任何量程下的任何频率点的正弦信号的输出电压大小不降低到输入的70.7%以下都认为该示波器的带宽是满足要求的。譬如100MHz带宽的示波器，输入100MHz，1V的正弦波，在20MHz时的输出电压是0.8V，在50MHz时是1.2V，在80MHz时是0.73V，在100MHz时是0.71V。这个示波器是合格的！这样的数字化方式来表达这个概念让人印象深刻，但也让人觉得很郁闷。

　　3.1.1 鼎阳SDS3054的幅频特性曲线

　　鼎阳科技不同系列示波器的幅频特性曲线的光滑度都非常好，而且在不同通道，不同量程下的一致性也非常地好。如图5所示是基于扫频点描法得到的SDS3054的幅频特性曲线。其横坐标是频率的对数lg（f），图中标识100表示该处对应的是100MHz，但在绘制时是以lg（100）得来的; 纵坐标是20lg（Vout/Vref），Vout表输入不同频率时的示波器测量结果，Vref表示在起始最低频率（该例中为50KHz）时的示波器测量结果。可以看出在100MHz之前都很接近0dB，在300MHz时也仅衰减约-0.25dB，输出电压降低到输入大约97.2%。在 -3dB 的转折频率点为600MHz，就是说SDS3054的标称带宽实际上达到了600MHz！ 而且更难能可贵的是，四个通道的幅频特性曲线的一致性非常地好！

　　图5 鼎阳SDS3054的幅频特性曲线

　　3.1.2 鼎阳SDS1102E的幅频特性曲线

　　如图6所示为鼎阳科技新推出的电商专品示波器SDS1102E的幅频特性曲线。可以看出，在100MHz范围内，其幅值的稳定度非常好。在100MHz到200MHz由于刻度步进比较大，无法确认在-3dB时的具体带宽是多少，但从图中可以肯定是大于150MHz。

　　示波器厂商都会有自动化软件来自动获得幅频特性曲线图形。笔者将产生这个图形的Excel数据公布如下表1。通过表格数据，我们可以确认，SDS1102E的实际带宽可以达到120MHz以上。在120MHz时的幅值衰减还不到2dB。

　　图6 鼎阳SDS1102E的幅频特性曲线

　　表1 鼎阳SDS1102E的幅频特性曲线的计量数据

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　　——本文选自5月份《测试测量特刊》

　　3.2 扫频FFT法

　　扫频FFT法就是逐渐改变信号源的信号频率，利用示波器的FFT运算结果来表征示波器的带宽。由于带宽的影响，示波器测量到的正弦波信号的幅值降低，相应FFT的基波最大值也会降低，查看降低到-3dB的频率点就是带宽。

　　示波器中的FFT运算结果和FFT的具体算法，FFT的窗函数的选择，FFT的输出结果类型，FFT的输出的单位等有关。FFT算法本身在不同厂商示波器上会不一样，这个算法带来了计量上的"变量"。因此该方法是一个"民间"常用的方法以快速知道大概的频响。

　　如图7所示为鼎阳SDS1102E的FFT扫频结果。在150MHz时，衰减才只有-3.2dB，在100MHz时的率减远小于3 dB。

　　图7 鼎阳SDS1102E的扫频FFT结果

　　示波器和探头及探测通路的任何连接部件都会影响带宽。示波器和探头等一起构成"系统带宽"。系统带宽受限于连接通路的最低带宽的部件。相同带宽的示波器和探头组成的系统带宽要更小。一个100MHz的示波器连接100MHz的探头的系统带宽只有大约70MHz。作为一款电商专品，鼎阳科技在SDS1102E的带宽设计上留下足够的裕量，实际带宽超过120MHz，确保客户在即使使用不同类型的100MHz探头的情况下，系统带宽都可以达到100MHz。

　　3.3 快沿FFT法

　　快沿FFT法就是示波器输入上升时间远小于示波器自身上升时间的快沿脉冲信号，然后对该信号做FFT运算，查看FFT运算的结果。快沿脉冲信号包含了超过示波器带宽的频率成分，FFT的结果就反应了超过带宽范围的高频成分被抑制。但是这种方法存在更多计量上的"变量"，不能作为计量带宽的方法，只能作为一种粗略近似的快速查看。

　　快沿脉冲信号要求脉冲非常的窄，能量集中在一个点上，才能真实反应系统频率响应。通常做法是需要先对快沿信号进行积分运算，再对积分运算的结果做FFT。对快沿这样的阶跃信号做积分以产生快沿脉冲信号。脉冲响应反应的是系统的传递函数，对脉冲做FFT就得出系统的频率响应。

　　图8是基于SDS3054的快沿FFT运算结果。这突出反应了智能示波器对运算后的结果进行再运算（math on math）的能力。

　　图8 鼎阳SDS3050的快沿FFT运算

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