示波器响应方式对信号采集保真度的影响

2012-04-10 19:33:08来源: 61ic 关键字:示波器  响应方式  信号采集  脉冲响应

1、脉冲响应原理

一个“完美”的方波脉冲包含了无数阶奇次正弦谐波分量的幅度,如公式1所示:


(公式1)

因此,我们可以认为测量系统采集脉冲信号的过程,也就是先采集其各个正弦谐波分量然后再合成脉冲的过程。现在测试测量设备包括数字示波器的前端输入带宽和模/数转换电路的带宽都是有限的(力科WaveMaster 830Zi拥有目前实时示波器的最高模拟带宽30GHz),也就决定了能采集到的谐波分量频率是有限的,下图1表示最高到21次谐波的频率成份叠加后的结果:


图1、21次正弦谐波分量叠加后的脉冲波形

一般来说,高速串行数据分析对仪器带宽的最低要求是能采集到信号基频的5次谐波,比如PCI Express 2.5Gbps数据率对应的时钟频率为1.25GHz,5次谐波则为6.25GHz,最低配置应为6GHz带宽示波器或串行数据分析仪(比如力科SDA 760Zi)。下图2为最高到5次正弦谐波合成后的脉冲结果.

图2、5次正弦谐波分量叠加后的脉冲波形

从以上可看出,信号采集的最高谐波分量不仅决定了方波脉冲的形状,而且影响了脉冲幅度和上升时间测量的结果,反应信号测量幅度与频率的对应关系称为”幅频响应”

由于示波器前端模拟部件呈现出低通滤波特性,对输入信号的不同频率成份的通过能力不一致,高频分量的幅度衰减率要大于低频分量衰减率,因此幅频响应曲线不是线性变换,而是呈滚降(RollOff)趋势,尤其对高于示波器-3dB带宽的频谱成份更是表现出急剧滚降特征。根据幅度响应曲线的不同滚降方式,目前业内主流高性能示波器主要提供两种响应类型,分别是平坦化响应(Flat Response)和贝塞尔响应(Bessel Response)

平坦化响应有两大优点。第一是信号在 -3dB带宽之前的幅频响应较为平坦,衰减较小,可进行非常精确的测量。第二是超过-3dB带宽后,频响曲线急剧下降,高频成份被有效截止(呈现出“砖墙”效应),通过的低频成分都能被后端ADC高保真采样,因而可大大减小数字示波器中的采样混叠机会,降低了波形失真度。平坦化响应示波器尽管有这些突出的优点,但也有非常显著的缺点:图1和图2的脉冲效果对比可看出,由于缺少更多的高频成份,5次谐波叠加的脉冲比21次谐波叠加的脉冲有更大的过冲和振铃。平坦响应截止了大量的高频谐波,因而表现出比较大的过冲和振铃现象,尤其是在信号上升时间很快,远远超过示波器可精确测量范围时,这种负面效应更为突出.

贝塞尔幅频响应对超过-3dB带宽的高频成分衰减速率相对较慢,因而表现出较小过冲和振铃的较好脉冲效应。但由于在-3dB带宽内对信号幅度响应相对来说不是很平坦,而且在-3dB带宽外会拖出一条较长的尾巴,这样使得后面的ADC需要更高的采样率才能确保不发生频率混叠现象。图3是贝塞尔响应和平坦响应对同一脉冲激励的形状对比,从中可以看出,平坦响应带来的过冲和振铃都相对较大。

[1] [2] [3] [4]

关键字:示波器  响应方式  信号采集  脉冲响应

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0410/article_4949.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:Justmls测量音箱的频响曲线分析
下一篇:示波器基础--增强分辨率(ERES)

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利
推荐阅读
全部
示波器
响应方式
信号采集
脉冲响应

小广播

独家专题更多

TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved