再谈示波器带宽（2）

咱们知道，带宽的约束对信号的捕获会带来下面的影响：1，使被测信号的上升沿变缓。2，使信号的频率重量削减。3，使信号的相位失真。那么，“关于5MHz的时钟信号，需求用多少带宽的示波器来丈量？”这是我在培训经常问的一个问题。我很少能得到令我满意的答案，很少有工程师反诘我：“这5MHz的时钟信号是方波仍是正弦波，假如是方波，其上升时间是多少？”我常得到的答复是，“100MHz带宽就足够了，示波器带宽一般是被测信号频率的3-5倍，100MHz余量很大了。”图13显现了5MHz的方波信号在不同带宽时测验出的波形。其间，M1和M2是分别在6GHz和1GHz时波形，C3是带宽约束到200MHz的测验成果。 图14显现在带宽约束到200MHz时丈量出的5MHz的上升时间均值为本1.70357ns，而图15显现的是在6GHz带宽时的上升时间为873.87ps。这标明，关于5MHz的时钟，由于其上升时间比较快，最好用1GHz以上带宽的示波器来丈量其上升时间，200MHz时其上升沿变缓; 1GHz带宽和6GHz带宽关于测验800ps的上升时间成果简直相同。关于USB2.0信号的测验，需求多少带宽？关于PCI-E G2信号的测验需求多少带宽？关于电源测验，需求多少带宽？ 关于1000Base-T信号的测验，需求多少带宽？关于10Gbps的背板测验，需求多少带宽？…… 咱们常要答复这些问题。下面的三条规矩便是咱们的答复。
1，首要取决于您需求测验的信号类型及您期望的测验准确度。
2，对方波信号，最重要的要素是上升时间。任何一方波信号都可以经过傅立叶改换分解成N次的谐
波能量之和。N等于多少时，被测信号的能量就挨近为零？这取决于上升时间！这在Peter的白皮书中也有十分具体评论。
3，对串行数据信号而言，数据比特率和上升时间是最重要的两个要素。有一个十分好的评价准则是：
示波器的带宽>1.8 X信号比特率.在这个准则下，假如被测信号的上升时间>20%UI,那么1.8联络的带宽能捕获信号能量的99%.下面的图表给出了不同的上升时间和带宽之间的联络。

图13，5MHz时钟信号在6GHz、1GHz和200MHz等不同带宽时的测验波形比照

图14，带宽约束到200MHz时丈量5MHz时钟上升时间

图15，6GHz带宽时丈量5MHz时钟上升时间


根据上面的准则，咱们就很好了解为什么有些客户会用6GHz的示波器测验100MHz的时钟，但又用6GHz的示波器测验3.125Gbps的XAUI信号。请咱们忘掉所谓的3-5倍这个联络，太不谨慎的表达了！

关于带宽，我常喜爱讲下面这个故事：
咱们知道，关于USB2.0一致性测验，USB-IF标准一开始要求的带宽是4GHz的示波器，由于那时分是只要一家示波器公司先发布这个测验软件包。所以那时分USB2.0很火的时分，这家公司的4GHz示波器很火，但比及其它两家的USB2.0都发布的时分，USB-IF把这个标准标准降为2.5GHz的示波器，但比及别的一个非主流的第四家示波器厂商也搞出USB2.0的软件包的时分，USB-IF把这家1.5GHz带宽的示波器也认了。这其实仅仅阐明晰这家公司的公关能力蛮强的，也阐明国外的威望标准安排也是讲政治的。关于USB2.0信号的测验，多少带宽的示波器的适宜的呢？假如您有钱出资，买4GHz或6GHz当然更好，低频段幅频特性的平整度总会好些嘛。但咱们是需求做负责任的出资的，仅仅为测验USB.20而购买4GHz以上的示波器毕竟是对公司很不负责任的出资。咱们知道，USB2.0 high speed的信号速率是480Mbps，1UI大约等于2ns，20%UI大约等于400ps，USB上升时间最小值是500ps。关于USB芯片管脚的信号，其上升时间可能为500ps，关于体系级使用，示波器测验到的USB2.0的high speed信号一般都是从USB芯片输出管脚经过了一段PCB走线和一段USB衔接线，示波器测验出来的上升时间许多时分都超过了1ns!图13的比如已清楚标明关于800ps上升时间，1GHz和6GHz带宽丈量成果简直是完全一致。因而，用1GHz的示波器就可以满意体系级使用中USB2.0 high speed的测验。但咱们不太乐意引荐1GHz的示波器用于USB2.0 high speed的测验，由于USB-IF标准上并没有这样引荐，咱们很难去阐明工程师承受不符合标准的带宽。图16和图17是咱们测验某品牌台式机USB埠时，将带宽设为4GHz和1GHz时的上升时间比照，只相差30ps左右。我用的衔接计算机和夹具之间的衔接线很短，只要十几厘米，假如用长的USB线缆，上升时间更大。
假如您有关于带宽方面的问题，欢迎与我联络frankie.wang@lecroy.com

图16，1GHz带宽时测验USB2.0 high speed信号的上升时间

图17，3GHz带宽时测验USB2.0 high speed信号的上升时间