什么是泰克示波器“5倍法則”？要如何理解呢？

　　經(jīng)常使用泰克示波器或者了解示波器的伙伴們可能都聽說過示波器的“5倍法則”，講述的具體是什么意思呢？為什么會(huì)有5倍法則，而不是3倍、4倍法則？其實(shí)不僅僅是針對(duì)帶寬，當(dāng)涉及到快沿信號(hào)上升時(shí)間測(cè)試時(shí)，根據(jù)上升時(shí)間選擇示波器也會(huì)用到5倍法則。

　   今天，我將簡(jiǎn)單地和你談?wù)?倍法則的由來。

　　首先，我們簡(jiǎn)單介紹一下示波器模擬帶寬的定義。示波器的整個(gè)模擬通道相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，示波器的帶寬是指低通濾波器的3dB截止頻率。如果測(cè)試一個(gè)與示波器校準(zhǔn)帶寬相同頻率的正弦波信號(hào)，電壓幅度測(cè)試結(jié)果會(huì)下降到真實(shí)電壓值的0.707，如果用對(duì)數(shù)表示，測(cè)得的幅度會(huì)下降3dB。

　　圖1. 示波器的帶寬定義(BW=100MHz)

　　測(cè)試信號(hào)幅度時(shí)，如果希望測(cè)試精度至少達(dá)到98%，則對(duì)泰克示波器的模擬帶寬是有要求的。因?yàn)槟M通道的頻響并非是平坦的，BW≤1GHz的泰克示波器模擬通道通常為一階低通濾波器頻響，具有一定的滾降特性，如圖1所示。頻率越高，對(duì)信號(hào)的衰減越大，幅度測(cè)試誤差越大。所以，高精度幅度測(cè)試對(duì)示波器帶寬提出了更高的要求。

　　那么如何選擇示波器帶寬才能保證測(cè)試精度不低于98%呢?

　　此處僅討論示波器模擬通道為一階低通濾波器頻響的情況。對(duì)于一階低通濾波器，其傳輸函數(shù)可以表示為：

　　式中，為低通濾波器的3dB截止頻率。

　　假設(shè)正弦波信號(hào)的幅度為1V，當(dāng)測(cè)試精度不低于98%時(shí)，則需要滿足如下關(guān)系：

　　經(jīng)化簡(jiǎn)可以得到：

　　上式表明，測(cè)試正弦波信號(hào)時(shí)，如果要保證98%的幅度測(cè)試精度，則要求示波器的帶寬不低于信號(hào)頻率的4.93倍。

　　為了方便，一般建議示波器帶寬至少為正弦波信號(hào)頻率的5倍。這就是5倍法則的由來。

　　5倍法則有著悠久的歷史。過去的示波器帶寬不高，帶寬在1GHz以下的示波器應(yīng)用更廣泛，所以5倍法則很受歡迎。即使是現(xiàn)在，這個(gè)規(guī)則仍然適用于低端示波器。

　　但在選擇高帶寬示波器時(shí)，并不一定要按照5倍的規(guī)律來選擇。并不是因?yàn)楦邘捠静ㄆ鞯哪M通道頻率響應(yīng)非常平坦。反之，仍然是低頻衰減小，高頻衰減大的低通濾波器的頻率響應(yīng)。而是高端示波器具有DSP濾波器的功能，如下圖所示，通過數(shù)字算法對(duì)模擬通道的頻率響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而獲得平坦的幅頻響應(yīng)和線性的相頻響應(yīng)。

　　對(duì)于寬帶信號(hào)和高速率碼流信號(hào)的采集，DSP濾波器是非常必要的。不要以為這樣會(huì)“修改”待測(cè)信號(hào)，干擾測(cè)試。相反，DSP濾波器會(huì)提高信號(hào)測(cè)試的準(zhǔn)確性，因?yàn)樗a(bǔ)償?shù)氖鞘静ㄆ髂M通道的頻率響應(yīng)，而不是改變被測(cè)信號(hào)。

　　圖2. 高端示波器支持DSP filter功能以提高信號(hào)測(cè)試精度

　　本文由泰克示波器代理商安泰測(cè)試整理，希望通過本文能夠讓大家對(duì)示波器5倍法則有所了解。了解更多電子測(cè)量?jī)x器相關(guān)知識(shí)請(qǐng)咨詢安泰測(cè)試：http://m.nxxc.com.cn