Оценка полосы пропускания осциллографа, необходимой для ваших приложений
Полоса пропускания относится к тем характеристикам, которые при выборе осциллографа рассматривают в первую очередь. В этих рекомендациях по применению мы дадим вам некоторые полезные советы о том, как выбрать осциллограф с соответствующей полосой пропускания для цифровых и аналоговых приложений. Но сначала определим само понятие полосы пропускания.
Сигнальный тракт любого осциллографа обладает характеристикой фильтра нижних частот, которая спадает на высоких частотах, как показано на рис. 1. Большинство осциллографов с заявленной полосой пропускания 1 ГГц и ниже обладают гауссовской характеристикой, которая демонстрирует медленный спад, который начинается примерно с одной трети от частоты среза по уровню –3 дБ. Осциллографы с полосой пропускания больше 1 ГГц обычно имеют максимально плоскую амплитудно-частотную характеристику, как показано на рис. 2. Такая характеристика обычно является плоской в полосе пропускания и резко спадает на 3 дБ вблизи верхней граничной частоты.
Обе эти характеристики обладают своими достоинствами и недостатками. Осциллографы с максимально плоской характеристикой меньше подавляют сигналы внутри полосы пропускания, чем осциллографы с гауссовской характеристикой, а значит, они способны точнее измерять сигналы в пределах полосы пропускания. Но осциллографы с гауссовской характеристикой меньше подавляют сигналы за пределами полосы пропускания, чем осциллографы с максимально плоской характеристикой, а значит, осциллографы с гауссовской характеристикой обычно меньше затягивают фронты, чем осциллографы с максимально плоской характеристикой при одинаковых полосах пропускания. Но иногда сильное подавление сигналов вне полосы пропускания даёт определённые преимущества, помогая устранить высокочастотные компоненты, дающие вклад в наложение спектров в соответствии с теоремой Котельникова (fS > 2 x fМАКС). Чтобы глубже понять теорему дискретизации Котельникова, познакомьтесь с рекомендациями по применению Keysight Technologies, Inc «Влияние частоты дискретизации осциллографа на достоверность выборки сигнала», ссылка на которые приведена в конце настоящего документа.
Но какой бы характеристикой ни обладал ваш осциллограф – гауссовск ой, максимально плоской или некоторой промежуточной, наименьшая частота, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ, считается верхней границей полосы пропускания осциллографа. Полосу пропускания и амплитудно-частотную характеристику осциллографа можно измерить, свипируя частоту с помощью генератора синусоидального сигнала. Ослабление на 3 дБ соответствует погрешности амплитуды примерно –30%. Поэтому нельзя выполнить точные измерения сигналов, значительная часть спектра которых лежит вблизи верхней границы полосы пропускания осциллографа.
С полосой пропускания непосредственно связана другая характеристика осциллографа – время нарастания переходной характеристики. Осциллографы с гауссовской характеристикой обладают временем нарастания (измеренным по уровням 10 % и 90 %) примерно 0,35/fп.п.. Осциллографы с максимально плоской характеристикой, в зависимости от скорости спада АЧХ, обычно обладают временем нарастания в районе 0,4/fп.п.. Но не следует забывать, что время нарастания осциллографа не сов падает с самой короткой длительностью фронта, которую осциллограф может точно измерить. Временем нарастания осциллографа называется минимальная длительность фронта, которую осциллограф может воспроизвести, если подать на него гипотетический сигнал с бесконечно коротким фронтом (0 пс). И хотя этот теоретический параметр измерить невозможно, поскольку нельзя создать реальный сигнал с бесконечно коротким фронтом, время нарастания осциллографа можно измерить, подав на него сигнал, с длительностью фронта в 3-5 раз меньше, чем заявленное время нарастания осциллографа.
Содержание
- Определение полосы пропускания осциллографа
- Полоса пропускания, необходимая для цифровых приложений
- Сравнение измерений тактовой частоты
- Полоса пропускания, необходимая для аналоговых приложений
- Заключение
