示波器带宽，这是怎么回事？

不久前，这个问题突然出现在我眼前。我当时测量的是0至2.5级的50Mhz方波，但是我在屏幕上看到的是正弦波，其中心位于1.2V和0.5至2.0V的水平，频率为4MHz。

我检查了示波器数据表，结果显示带宽为10MHz，采样率为50 MS / s。

我想知道这些数字是关于什么的。

• 它们是否可以测量示波器可以测量的上限频率？
• 这台示波器是否能够测量50Mhz？

系统带宽是探头带宽和示波器输入带宽的组合。每一个都可以由一个RC低通电路来近似，这意味着延迟在几何上增加：

t_system^2 = (t_probe^2 + t_scope^2)
f_system = 1/sqrt((1/f_probe)^2 + (1/f_scope)^2)

这意味着带有60MHz探头的10MHz'示波器可以测量3.86（100 * 10 ^ {-3/20}％）衰减的9.86MHz频率的正弦波。

测量数字脉冲序列时，重要的不是周期性，而是上升和下降时间，因为它们包含高频信息。上升时间可以在数学由RC上升或高斯上升来近似，并且被定义为时间信号从之间的差的10％去低电压（逻辑0）和高电压（逻辑1），以90％的的差异。例如，在5V / 0V系统中，它定义为从0.1*5V=0.5V到的时间0.9*5V=4.5V。有了这些约束和一些奇特的数学运算，就可以算出每种类型的特征上升时间的频率含量高达0.34/t_rise高斯和0.35/t_rise对于RC。（我0.35/t_rise没有充分的理由使用，并且将在此答案的其余部分中使用。）

该信息也以另一种方式起作用：特定的系统带宽仅能够测量上升时间0.35/f_system；在您的情况下，为35到40纳秒。您会看到类似于正弦波的内容，因为这是模拟前端所允许的。

混叠是一种数字采样伪像，并且对您的测量也有效（不是很幸运！）。这是从WP借来的图像：

由于模拟前端仅允许将上升时间从35ns延长至40ns，因此ADC采样桥会看到类似的衰减50MHz正弦波，但它仅以50MS / s的速率采样，因此它只能读取 25MHz以下的正弦波。许多'示波器在这一点上都有一个抗混叠滤波器（LPF），它将衰减高于采样率0.5倍的频率（Shannon-Nyquist采样标准）。但是，您的示波器似乎没有此滤波器，因为峰峰值电压仍然很高。什么型号

在采样桥之后，数据被推入几个DSP进程中，其中一个称为抽取和基数跨度，它进一步降低了采样率和带宽，以便更好地显示和分析它（对FFT计算特别有用）。进一步对数据进行处理，以使其不会显示高于〜0.4倍的采样率的频率，称为保护带。我希望您会看到一个〜20MHz的正弦波-您是否打开了平均（5点）功能？

编辑：我会伸出脖子，猜测您的示波器具有数字抗锯齿功能，使用抽取和基数跨度，这基本上意味着数字LPF，然后重新采样内插路径。DSP程序会看到 20MHz的信号，因此会对其进行抽取，直到低于10MHz。为什么是4MHz而不是接近10MHz？“基数跨度”意味着将带宽减半，而抽取通常也采用2的幂。2的整数倍或整数倍的结果导致产生了4MHz正弦波，而不是大约20MHz。这就是为什么我说每个发烧友都需要一个模拟“示波器”。:)

_{EDIT2：既然得到了这么多的意见，我最好纠正上述令人尴尬的结论。}
EDIT2：您喜欢使用的特定工具可能会欠采样，对于该窗口来说，需要使用窗口模拟BPF输入来进行抗混叠，该工具似乎没有，因此它只能具有LPF，将其限制为小于25MHz的正弦波即使使用 equiv。时间采样。尽管我也怀疑模拟端的质量，但数字端可能不会执行上述DSP算法，而是流传输数据或传输一次捕获一次在PC上进行暴力破解。50MS / s和8位字长意味着这将产生约48MB / s的原始数据-尽管其理论上为60MB / s的限制（实践上的限制为30MB / s-40MB / s），但通过USB流式传输却实在太多了打包开销，所以开箱即用可以减少抽取。以35MB / s的速度工作时，采样率约为37MS / s，理论上流时的测量极限为18MHz，即上升时间为20ns，尽管由于35MB / s令人惊奇，但它可能会更低（但可能！）。手册指出存在阻止模式，可以以50MB / s的速度捕获数据，直到内部8k内存（咳嗽）已满（160us），然后以轻松的速度将其发送到计算机。我认为设计高质量模拟输入时遇到的困难可以通过2倍的过采样（额外的半比特精度）得到部分克服，有效采样率为25MS / s，最大频率为12.5MHz，保护带为10％（(0.5*25-10)/25），所有这些都可以在手动工具中减少。总之，我不确定为什么会看到4MHz正弦波，因为有多种方法可以做到这一点，但是我想在“块模式”下进行相同的测量，然后使用第三方程序分析数据。_{我一直很努力地使用基于PC的示波器，但是这似乎有不错的输入...}

10 MHz模拟带宽意味着10 V的10 MHz信号看起来像5 V，换句话说，在10 MHz时，幅度将减半。

10 MHz带宽意味着您的50 MHz信号将被衰减很多，但是很难推测出多少。

50 MS / s意味着，如果您希望对信号进行单次捕获，则您将无法实际处理5 MHz以上的信号，这实际上是首先拥有DSO的唯一原因。

忽略带宽问题一分钟，您可以将示波器置于重复采样模式，并以这种方式捕获重复信号，就像模拟示波器一样。

我会得到适当的DSO（将Rigol ds1052e修改为100 MHz模拟带宽得到了我的建议），但如果使用的Tektronix模拟示波器可能是一个不错的选择（我会不时使用2236、2246和2247A模型）它们都是很好的模拟示波器）

* Are they a measure of the upper frequency limit an oscilloscope can measure?

是的，直接测量。

* Is this oscilloscope capable of measuring 50Mhz at all?

是的，使用一些棘手的方法：1）峰值检测（当您需要查看AM调制信号时很有用）2）频率偏移（同样，在调制信号时很有用）-如果将50Mhz信号与49Mhz正弦波混合，您将得到1Mhz信号接近您想要的频率。

带宽和采样率通常应为要测量的最大频率的4到5倍。但是请注意，如果您的输入信号不是纯正弦波（如您的方波），它还包含频率高得多的谐波。为了进行准确的测量，您必须至少覆盖这些谐波中的第一个。

在示波器的模拟前端，在最大带宽的频率（此处为10 MHz）下，此频率的正弦波会衰减3dB。这意味着仅以实际价值的70％进行测量。采样率指定每秒通过示波器完成多少次测量，即，获取信号形式的精确度（50 MS / s等于10 MHz信号上每周期5次测量）。

现在考虑一下您的示波器在输入信号严重衰减（由于带宽太低）并且每个周期只有5个样本（由于采样率）的情况下所看到的。