带宽考虑因素

带宽是同时涉及探头带宽和示波器带宽的测量系统问题。示波器的带宽应超过要测量的信号的主要频率，使用的探头带宽应等于或超过示波器的带宽。

从测量系统角度看，实际问题是探头头部的带宽。制造商通常对某些示波器/探头组合指定探头头部带宽。但情况并不是一直如此。结果，您应该知道示波器和探头的主要带宽问题，包括各个示波器和探头的带宽及综合在一起的带宽。

示波器带宽

带宽定义为幅度与频率图上测量系统比参考电平低3dB的点，如图7所示，这说明了表明3dB点的响应曲线。

必需指出，测量系统在额定带宽上的幅度低3dB。这意味着您可以预计带宽极限上的频率，幅度测量会有30% 的误差。

通常情况下，用户不会以全部带宽极限使用示波器。但是，如果幅度精度至关重要，应准备相应地降低示波器的额定带宽。

例如，考虑一下图8中所示的带宽滚降的扩展图。这个图中的水平标度说明了获得好于 30% 的幅度精度所需的额定值下降系数。如果没有额定值下降系数(系数为 1.0)，100MHz 示波器在100MHz的幅度误差将高达30%。如果您希望幅度测量落在3% 范围内，这台示波器的带宽必须以0.3系数下降至30MHz。在频率超过30MHz时，幅度误差将超过3%。

上面的实例指明了示波器选型的整体经验法则。对3%以内的幅度测量，应选择指定带宽比测量的最高频率波形高3-5倍的示波器。

在上升时间或下降时间是主要指标时，可以使用下述公式把示波器的带宽 (BW) 指标转换成上升时间指标：

Tr ≈ 0.35/BW

或为方便起见：

Tr (ns) ≈ 350/BW (MHz)

与带宽一样，应该选择上升时间比预计测量的最快上升时间快3-5倍的示波器。(应该指出，上面的带宽到上升时间转换假设示波器的响应为高斯滚降。大多数示波器是为高斯滚降的响应而设计的。)

探头带宽

与其它电路一样，所有示波器都有带宽极限。此外，与示波器一样，探头的性能一般取决于带宽。因此，带宽为 100MHz 的示波器在 100MHz 点上的幅度响应低于3dB。类似的，探头带宽也可以用示波器使用的同一公式表示 (Tr≈0.35/BW)。此外，对有源探头，可以使用下述公式组合示波器和探头上升时间，获得近似的探头/ 示波器系统的上升时间：

Trsystem2 ≈ Trprobe2 + Trscope2

对无源探头，这一关系比较复杂，不应使用上面的公式。

一般来说，探头带宽应一直等于或超过将使用的示波器的带宽。如果使用的探头带宽太低，会限制示波器实现全部测量功能。图9进一步说明了这一点，其中显示了使用三种不同带宽的探头测量的同一脉冲跳变。

如图9a 所示，第一个测量是使用匹配的400MHz示波器和探头组合进行。使用的探头是10兆欧电阻和14.1pF电容的10X探头。注意，测得的脉冲上升时间是4.63ns。这很好地落在400MHz示波器 / 探头组合的875ps上升时间范围内。

现在看一下使用同一示波器、使用10X,100MHz探头测量同一脉冲时发生的情况，如图9b 所示，现在测得的上升时间是5.97ns。这比以前测得的4.63ns提高了近 30% 。

根据预期，在使用带宽较低的探头时，观察到的脉冲上升时间会变得更长。极端实例如图9c 所示，其中在同一脉冲上使用1X,10MHz探头。这里，上升时间已经从原来的 4.63ns下降到27ns。

图9得到的一个主要结论是：并不是任何探头都能做到这一点！

为实现任何示波器的最大性能，也是花钱购买的性能，一定要使用制造商推荐的探头。

到探头尖端的带宽

一般来说，根据制造商的下述规范和建议应能够解决探头带宽及得到的探头 / 示波器系统带宽。例如，泰克规定了探头在规定极限内工作的带宽。这些极限包括整体畸变、上升时间和扫描带宽。

另外，在与兼容的示波器使用时，泰克探头把示波器的带宽扩展到探头尖端。例如，在与兼容的100MHz示波器使用时，泰克100MHz 探头在探头尖端上提供了100MHz的性能 (-3dB)。

图10中的等效电路说明了为检验到探头尖端的带宽而使用的业内公认的测试设置。测试信号源指定的信号源阻抗为50欧姆，端接在50欧姆电阻中，导致等效的25欧姆源端子阻抗。此外，探头必须使用探头头部到BNC适配器或同等设备连接到信号源上。探头连接的后一种要求保证了最短的接地通路。

在使用上面介绍的测试设置时，100MHz示波器/探头组合应导致观察到的上升时间 <3.5ns。根据前面讨论的带宽/上升时间关系(Tr≈0.35/BW)，这一 3.5ns上升时间与100MHz 带宽对应。对包括标准配套探头的通用示波器，大多数制造商承诺、并在探头尖端上提供了宣称的示波器带宽。

但是，要记住探头尖端上的带宽取决于图10中的测试方法。由于实际环境信号很少是从25欧姆信号源发出的，因此在实际环境中预计响应和带宽都要在一定程度上低于最优水平，在测量更高的阻抗电路尤其如此。

地线影响 

在进行参考接地的测量时，必需有两条到被测电路或被测器件的连接。一条连接通过探头完成，探头传感被测的其它参数的电压。另一条必需的连接是通过示波器返回接地，连回到被测电路上。为完成测量电流通路，必需实现接地回路。

在被测电路和示波器插入同一个电源插座电路中时，电力电路的公共电位提供了一条接地回路。通过电源接地的这条信号回路一般是间接的，长度很长。结果，不能象干净的低电感接地回路那样依赖这条信号回路。

一般来说，在进行任何类型的示波器测量时，应使用最短的接地路径。最终的接地系统是一个在线ECB(蚀刻电路板)到探头头部适配器，如图11所示。ECB适配器允许把探头尖端直接插入电路测试点中，适配器的外桶应与探头头部的接地环形成直接的、短的接地接触。

对关键幅度和定时测量，建议电路板设计中对已建立的测试点包括ECB/探头头部适配器。这不仅清楚地表明测试点位置，而且保证了可以最好地连接测试点，实现最可靠的示波器测量。

遗憾的是，ECB/探头头部适配器并不能适用于许多通用的测量环境。典型的测试方法是使用短地线夹到被测电路中的接地点上，而不是使用适配器。这要方便得多，因为您可以迅速在被测电路中点到点移动探头。此外，大多数探头制造商与探头一起提供的短地线也为大多数测量环境提供了足够的接地回路。

但是，最好了解不正确的接地可能导致的问题。为了解这一点，注意图12中所示的等效电路中有一个与地线相关的电感 (L)。这一地线电感会随着导线长度提高而提高。

另外，注意地线L和Cin形成了一条串联谐振电路，其中只有Rin用于阻尼。在这一串联谐振电路遇到脉冲时，它会振铃。不仅会出现振铃，而且地线L过高会限制到Cin的电荷电路，从而限制脉冲的上升时间。

如果不使用数学公式，在被快速脉冲激励时，6英寸地线的11pF无源探头会以140MHz的频率振铃。在100MHz示波器中，这个振铃要远远超过示波器的带宽，根本就看不到。但在使用速度更快的示波器时，如200MHz，地线感应的振铃很好地落在示波器的带宽范围内，在脉冲的显示屏中非常明显。

如果在脉冲显示屏上看到振铃，应试着缩短地线的长度。地线越短，电感越小，导致的振铃频率越高。如果在脉冲显示屏上看到振铃频率变化，可以确定其与地线有关。进一步缩短地线应能够把振铃的频率移动到示波器的带宽之上，从而最大限度地降低其对测量的影响。如果在改变地线长度时振铃没有变化，那么振铃可能会感应到被测电路中。

图13进一步说明了地线感应的振铃。在图13a中，使用了匹配的示波器/探头组合，来采集快速转换。使用的地线是标准的6.5英寸探头接地夹，它连接到测试点附近的公共电位上。

在图13b中，采集了相同的脉冲转换。但这次我们使用28英寸地线夹延长了探头的标准地线。例如，可以使用这一延长的地线，而不必每次在大型系统中探测不同的点时都移动地线夹。遗憾的是，这种作法加长了接地环路，可以导致严重的振铃，如图13b所示。

图13c说明了延长接地环路的其它变通方案的结果。在这种情况下，根本没有连接探头的地线，而是从示波器机箱共用的电路敷设了一条28英寸夹线。这产生了一条不同的、但明显更长的接地环路，得到频率更低的振铃，如图13c所示。

从图13中的实例可以看出，接地方法明显对测量质量有着巨大的影响。具体地说，探头地线必需尽可能短、尽可能直。

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