如何正确认识信号测量带宽？

　　在电子测试测量中，捕捉完整、真实的信号是工程师关注的重点。然而，在高频测量中，测量波形的完整性与测试仪器的带宽有着密切的联系。本文将深入探讨信号测量带宽的重要性、不同波形测量的带宽要求、上升时间对带宽的影响，以及探头带宽与系统带宽的关系，帮助工程师更好地理解和选择测量设备。

　　信号测量带宽的重要性

　　当信号通过带宽受限的传输线路时，如果线路的带宽小于信号的带宽，信号的高频成分将被削弱或完全滤除。这种削弱会导致信号失真，特别是在数字信号中，方波的尖锐边缘(高频成分)会变得模糊，使得信号变形，影响数据的正确传输。

　　不同波形测量的带宽要求

　　正弦波测量

　　为了精确地测量正弦波，仪器带宽必须超过波形所含带宽。例如，测量正弦波时，仪器带宽至少必需和正弦波的频率差不多。因为正弦波频率若等于仪表的3dB带宽，测量值必然被降低3dB，所以需要仪表有较宽的带宽。所需的带宽富余量由响应曲线从3dB附近下滑的速度快慢而定。

　　非正弦波测量

　　对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。若是谐波超出了仪表带宽，将不能测得它对波形的影响。但若是谐波超出某种需要忽略的频率范围，是被允许的。按理来说，具有无限谐波的波形将需要仪表具有无限带宽，才能测量完整的波形。但实际上，高次谐波只含有很小的能量，可以忽略不计，只要适当考虑忽略高次谐波在测量中会产生多少误差即可。

　　上升时间对带宽的影响

　　在众多影响数字信号的因素中，数字信号的带宽与数字信号的上升时间有着很大的关系。数字信号的上升和下降时间(也即信号从低电平到高电平的过渡时间)对带宽有直接影响。上升时间越短，信号变化越快，因此包含的高频成分越多，带宽需求越大。如果上升和下降时间较长，信号变化较缓慢，带宽需求则相对较小。

　　探头上升时间与带宽的关系

　　探头的上升时间Tr定义为在使用理想的瞬时上升脉冲时测得的上升时间。在测量脉冲上升时间或下降时间时实现合理的精度，探头和示波器的总上升时间应该比被测脉冲快3-5倍。例如，当上升时间比被测脉冲快三倍(3:1比率)的示波器/探头组合预计可以测量5%范围内的脉冲上升时间。5:1的比率将仅导致2%的误差。

　　探头带宽与系统带宽

　　示波器的测量中，探头是必备的，所以探头带宽亦会影响测量结果。整个系统的带宽是由带宽最低的那个设备所限制决定的。因此，选择合适带宽的设备对测量结果非常重要，直接影响测量精度。

　　探头带宽的选择

　　“五倍规则”一般来说，为准确地进行幅度测量，示波器的带宽应比被测的波形频率高五倍。选择合适带宽的设备对测量结果非常重要，直接影响测量精度。如果被测信号的频率超过探头的带宽，则无法正确地传输信号，测量出来的数据会失真。较高的探头带宽通常伴随着更好的测量精度，适用于需要捕捉高频信号细微变化或纹波噪声等细节的测量。但是，探头带宽也并不是越大越好，一个原因是要考虑输出后受限于示波器的带宽。

　　实际应用中的探头选择

　　不同的应用场景需要选择不同的探头带宽。测试数字信号时需要选择带宽高、上升时间短的探头，而测试高速模拟信号时则需要选择更高带宽的探头。例如，双脉冲测试是目前了解第三代半导体SiC/GaN动态参数的最佳手段，其中光隔离探头作为电压测量的最佳解决方案，最主要的特点就是带宽高。目前PMK的光隔离探头能做到1G甚至1.5G高带宽，以满足高速信号的测量需求。

　　结论

　　综上所述，选择探头的带宽时，应根据被测信号的频率范围、测量精度要求、成本预算以及实际应用场景综合考虑，以达到最佳的测量效果和成本控制。正确认识信号测量带宽，不仅有助于提高测量精度，还能在复杂的电子测试环境中确保数据的准确传输和分析。

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