理解示波器的频率响应及其对上升时间测量精度的影响

用示波器测量上升时间的讨论

器探头和垂直放大器的上升时间与其带宽的关系，论被讨
测信号上升时间、探头上升时间和垂直放大器上升时间对示波器显示的上升时间（即总上升时间）的影响，讨影响探
因探头和垂直放大器具有与低通滤波器完全类似的特性，故可将其等效为低通滤波器来分析．里将其等效为这
的关系，论了被测信号上升时间、头上升时间和垂直放大器上升时间对示波器显示的上升时间（总上升讨探即
时间）的影响，探讨了影响上升时间测量精度的若干重要因素．
关键词：波器；升时间；头；直放大器示上探垂中图分类号：Ｍ９３Ｔ３文献标识码：Ａ文章编号：０３０７（０８０４４８３１０－２２ｏ）３）７－９０
综述・评论・鸣・争
用示波器测量上升时间的讨论
王秀杰周胜海，
（．１中原工学院理学院，河南郑州４００；５０７２信阳师范学院物理与电子工程学院，．河南信阳４４０）６００
摘要：出了用示波器测量上升时间的通用模型，给证明了示波器探头和垂直放大器的上升时间与其带宽
维普资讯
信阳师范学院学报：自然科学版第２卷第３期２０１０８年７月
・
ＪｕｎｌｏｎａｇＮｏｍａｉｅｓｔｏｒａｆＸｉｙｎｒｌＵｎｖｒｉｙＮｔｒｌＳｉｎｅＥｉｏ１２．ｕ．０８ａｕａｅｃｄｔｎＶｏ．１Ｎｏ３Ｊ１２ｉｅＴｉｅｕｄｎＭａｕｒｎｓｍｔｃｌｏｃｐｓｈＯｓｉｌｓｏｅ

数字示波器上升时间测量值的不确定度评定

４．５合成标准不确定度
厂— —— — —
。＝
√ ＋＝０．０２０（Ｉｌｓ）
ｓ（）＝ √ 蓦（ — ）＝ｏ．００５２（璐）
“ √ ６：０．００２１（ｎｓ）
４．６扩展不确定度
间裱花，这取决于采样点落在所测量脉冲上升时间的哪
个部位。
升时间和对应频带宽度的关系
，
＝
ｋ／Ａ
依据示波器上升时间的定义，示波器屏幕上显示的阶跃信号波形从脉冲幅度的１０％到９ｏ％所经历的时间问隔即为上升时间。
示波器校准仪
… —
ｔ，一上升时间，单位为Ｓ；
一
高端截止频率（幅度下降３ｄＢ频率），单位为Ｈｚ；
常数，当频率响应特性为ＲＣ积分网络时，ｋ＝
一
被检示波器
０．３５；当频率响应特性为高斯型响应网络时，ｋ＝０．３４。
２．４１ｎｓ、２．４２ｎｓ、２．４１ｎｓ、２．４２ｎｓ平均值为２．４１７ｎｓ。
ｔ耐童与灏试技，ｇ）２ｏｔ４丰ｔｔ４１卷第７期。
因为测量重复性引入的不确定度，属于Ａ类不确定度，利用贝塞尔公式，计算
ＪＪＧ２６２ —１９９６（模拟示波器检定规程》
温度（２０ ±５） ℃，相对湿度（４５—８０）％ＲＩ－Ｉ，电源电压

示波器指标含义及重要性

在过去5年左右的时间中，工程师一直把重点更多地放在低压差分信令上，以明显提高系统性能。

数据速率已经以几何级数提高，推动着设备之间的通信更广泛地采用复杂的串行协议，如PCIExpress、Infiniband、XAUI等等。

这些环境涵盖了各种数据速率和传输结构，但所有这些数据速率和传输结构都需要严格的设计和检验方法。

这使得示波器等测试设备的重要性大大提高。

工程师依赖示波器分析串行设备设计的性能，支持检验和调试工作。

他们的任务包括精确进行参数测量、检修和信号完整性分析。

在开发流程后期，他们转向示波器，生成眼图进行一致性测试。

选择示波器的工程师经常只考虑产品手册和杂志广告标题中列明的技术指标。

人们最熟知的指标是带宽、取样速率和记录长度。

尽管衡量示波器性能的这些指标也非常重要，但它们并不能全面表明仪器在实际日常使用环境中的效果。

例如，带宽指标仅指明了示波器的大体频率范围，而几乎与仪器可靠地检测和捕获快速异常事件的能力没有关系。

因此，在评估示波器时，领会主要指标的言外之意非常重要。

这个建议实际有两层含义：第一，最好深入分析厂商大肆宣传的技术指标后面所隐藏的细微差别；第二，记住要研究某些功能，这些功能可能不如市场上最经常吹捧的功能那样光彩夺目，但它们可能会明显影响设计人员工作的效果，甚至会影响工作的有效性。

带宽界定带宽指标当然非常重要。

对不断挑战高速串行总线结构极限的设计人员来说，在购买示波器时，带宽一直是其最首要的考虑因素。

但是，带宽本身只是描述仪器频响的一个指标(正弦波滚降-3dB的频率)。

拥有相同额定带宽的两台示波器可能会拥有非常不同的上升时间，对复杂波形的响应完全不同。

是不是需要认真推敲部分指标或功能，以更好地促进购买者决策呢？有两个方面可以回答这个问题，一个是示波器真正的上升时间性能，另一个是仪器在数字信号处理(DSP)模式下的行为。

模拟上升时间是示波器带宽的函数。

它试图使用教科书中的公式，从带宽中简单地计算上升时间，这是某些公布的上升时间指标的基础。

TEK工程师认证示波器应用基本知识

以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。示波器标定带宽＝重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽。
采样率对单次信号采集
▪ 数字示波器不但用于观测重复信号，同时需要观测单次事件信号。虽然示波器放的大器带宽保证了信号输入不失真。如采样率不足会造成显示信号漏失和失真。所以示波器必须具有足够的采样速率，用以捕捉单次信号和精确恢复显示波形。
测到的波形有精度不失真，可以使用倍数的的方法选择示波器带宽。
波形测量参数
Vmax
Rise Time Vhi
FallTime
Vp-p 幅值
90%
正向超调
50% 100%
Vmin
Vlo
10%
负向超调
+Width
-Width
频率＝1/周期
示波器的类型
模拟示波器模拟数字混合示波器数字示波器数字荧光示波器取样示波器
▪ 示波器系统带宽不足，会引起上升时间慢和异常幅度衰减
▪ 为了获得正确的振幅测量，示波器的带宽应该比被测量的波形的频率大5倍。为了合理精确地测量波形的上升或下降时间，示波器必须有足够的上升时间。
▪ 仪表上升时间：信号上升时间之比
信号上升时间读值测量误差％
1:1
41%
2:1
22%
3:1
12%
4:1
示波器主要的功能－是保证示波器稳定、捕获和显示波形的必要条件垂直水平示波器的触发与外部设备的互联能力数据的处理技术与能力
带宽是示波器的首要规格参数
示波器的结构决定了带宽的重要性：
放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器是信号进入示波
器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。数字示波器的带宽也是模拟带宽。示波器所谓带宽是指: 垂直放大器的频率响应，定义为：随着正弦波频率增加，信号幅度下降3dB（70.7％）.在此频点为示波器的带宽

示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证

3 结语
总而言之,在当前城市人口越来越多的情况下,对于城市轨道交通运输也有更高的要求。城市轨道交通中的弱电系统对于城市轨道交通安全有着非常重要的影响。合理高效的弱电系统能够更好的提高城市轨道交通的运输能力,保证人们的安全。而弱电系统集成管理工作就是让弱电系统能够正常运行的重要方法。当前,我国各城市的城市轨道交通集成管理服务工作正在逐渐发现,相应详细的服务方法还需要深入研究,进而提出更加合理的服务模式。
由测量方法的原理得被测示波器上升时间Tr的计算公式如下: Tr = 扩展后的实测扫描时间因子×L; Tr—被测示波器上升时间的示值; L—为波形从基本幅度的10%到90%在水平方向所占长度(div)。
装置的A类不确定度为:uA=
=
=1.42(ps)
B类不确定的评定:
9500示波器校准仪脉冲瞬态响应输出的不确定度引入的测量
第 38 卷
数字技术与应用
协调集成方来做好相应的调试准备工作,通过审查系统来对集成方所提交的相关资料进行核对,对于资料中的各个环节进行具体检查,确保能够符合合同的相关要求。
对于调试工作来说,分为几个方面。分别是单体调试、系统调试、综合调试这三方面。其中单体调试就是对单个设备进行运行检查[4]。而综合调试则是涉及到土建、路线、车辆、信号等等多个环节, 和相关部门的共同配合才能够有效完成,一般情况下是由建设管理和交通运营公司组织下进行。
第38卷第4期第202308年 4卷月
数字技术与应用数D字ig技it术al与T应ec用hnologyww&
Vol.38 No.4 April 2020
学术论坛
DOI:10.19695/12-1369.2020.04.103
示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证

影响数字示波器计量准确性的原因分析

影响数字示波器计量准确性的原因分析[摘要] 数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及，本文对影响数字示波器计量准确性的原因进行了分析。

[关键词] 数字示波器带宽采用速率上升时间计量准确性1.数字示波器原理示波器是一种应用最广泛、最基础的时域测量仪器，可以观测信号的波形全貌，直观显示两个量的函数关系。

它能测量信号的幅度、频率周期等基本参数，也能测量脉冲信号的脉宽、占空比、上升下降时间、预冲、上冲和振铃等参数，同时，通过变换还能获取信号的频域信息。

数字示波器通常称为数字存储示波器，简称数字示波器，是在模拟示波器的基础上，嵌入微处理器，将被测信号数字化，从而便于根据需要对信号实现存储、处理和控制，再恢复成模拟信号予以显示。

2.影响数字示波器计量准确性的几个因素数字示波器的工作是在CPU管理下进行的，信号波形的测量要通过采集、数字化、存储和读出显示等过程过程来实现，其设计思想、功能设置、技术特征和使用方法和模拟示波器都存在较大差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。

下面主要浅析数字示波器的几个主要参数:1）区分模拟带宽(重复带宽)和数字实时带宽（单次带宽）带宽是示波器最重要的指标之一。

模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽(重复带宽)和数字实时带宽（单次带宽）两种。

数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术，其重复带宽可以很宽，可达几十或上百吉赫兹，重复带宽也称为等效带宽。

单次带宽也称为有效存储带宽，单次采集带宽或实时带宽。

数字示波器其Y通道的前端由前置放大器和滤波器组成，其决定的带宽为数字示波器的模拟带宽，而波形显示通常采用插值技术，所以单次带宽由模拟带宽、采样率及波形显示技术共同决定。

2）采样速率采样速率是指单位时间内对模拟输入信号的采样次数，常以Sa/s（取样点数/秒）或取样（脉冲）频率（Hz）表示。

a.如果采样速率不够，容易出现混迭现象如果示波器的输人信号为一个100kHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50kHz，这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。

示波器的标定和校准方法

示波器的标定和校准方法示波器是一种广泛应用于电子测量和实验的仪器。

在使用示波器进行测量时，其准确性和可靠性是非常重要的。

因此，对示波器进行标定和校准是必不可少的。

本文将介绍示波器的标定和校准方法，以确保测量结果的准确性。

一、示波器标定的目的和重要性示波器标定的目的在于校准示波器的各种参数，以保证其测量结果的准确性和稳定性。

示波器标定包括频率响应、幅度响应、时间基准、增益和衰减系数、垂直和水平定标等方面的校准。

示波器的标定是确保其测量结果准确可靠的重要环节。

只有标定过的示波器才能提供准确的信号测量结果，从而保证实验和测试的可信度。

因此，标定示波器是非常重要的，尤其是在需要精确测量和分析电子信号的应用中。

二、示波器标定的方法2.1 频率响应标定频率响应标定是通过输入一个标准信号，如正弦波信号，测量示波器输出波形的幅度和相位变化，来评估示波器对不同频率下的信号响应情况。

标定频率范围通常从几百Hz到数GHz。

2.2 幅度响应标定幅度响应标定是通过输入一个标准信号，如直流电压或正弦波信号，测量示波器输出波形的幅度，来评估示波器在不同幅度下的信号响应情况。

标定的幅度范围通常从微伏到几十伏不等。

2.3 时间基准标定时间基准标定是通过输入一个标准信号，如方波信号，测量示波器输出波形的上升时间和下降时间，来评估示波器的时间基准准确性和稳定性。

2.4 增益和衰减系数标定增益和衰减系数标定是通过输入一个标准信号，如方波信号，测量示波器输出波形在垂直方向上的放大倍数和衰减倍数，来评估示波器的增益和衰减系数。

2.5 垂直和水平定标垂直定标是通过输入一个标准信号，如直流电压或交流信号，来调整示波器的垂直灵敏度，使示波器在测量不同信号幅度时能够准确显示波形。

水平定标是通过输入一个标准信号，如方波信号，来调整示波器的水平灵敏度，使示波器在测量不同时间范围内的信号时能够准确显示波形。

三、示波器校准的方法示波器校准是指在标定基础上对示波器进行调整，以确保示波器在实际使用中的测量结果准确可靠。

示波器上升时间测量的误差分析

ｌｉａｏｉｔｔｎｏｔｅ０ｃ１ｓｏｅＡｓａｃｎｓｑｅｃｆｔｉｉａｏｎｔｅｕｅｏｆｅｒｅｆｒｇＯｏｒｃｉｎｍｉｆｈｓ＿】ｃｐ．ｏｅｕｎｅｏｈｓｓｔｔ，０ｕｉｈｓｈｔｕｌｏｌｆｃｒｅｔＴｏｌａ＊ｔｉｃｅｓｆｔｅｕｃｒａｎｉｓｆｍｅｓｒｍｅｔｄｔＨｅｃ．ａｔｏｇｔｅｑａｒｔｃｅｒｅｄｏｎｒａｅｏｎｅｔｉｔｅｏａｕｅｎａａｈｎｅｌｕｈｈｕｄａｉｎＤｈｅｔｍａｉｎｇｖｓａｇｏｐｅｌｍｉｓｔｅｅＴｉｔｅａｌｏｂｅｉｂｙｕｅｆｒｅＯ＂ｏｒｃｏｓｉｔｏ｜ｅｏｄｕｐｒｉｔｏｆｈｌＯ＂ｈｙｃｌｎｔｅｒｌａｌｓｄｏＩＩｒｅｔｎ１Ｔｃｉ
采用这一 “ 规则 ”估计得到的被测脉冲上升时间，其误差影响的范围必须给予确定，本文
收一日期ｒ２０ —０２０１１．２作 ● ■舟ｒ余学锋，（９５）男．高级工程师１６一．
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时，有一条 “ 规则 ”就被使用：根据示渡器技术指标所给的带宽，换算出示波器建立时间，
然后对示波器观测到的脉冲上升时间采用方和根公式进行修正。从理论分析可知，这一 “ 规则 ”在使用中隐含了许多假设条件，在实际工作中，这些条件有时并不能完全满足，此时

示波器带宽和上升时间--定义及原理

示波器带宽和上升时间--定义及原理示波器带宽和上升时间--定义及原理带宽示波器最生根的技术指标就是带宽。

示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应。

示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率。

—3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71％时的信号频率，如下式所示：设：dB(伏)＝20log(电压比)—3Db=20log(Vdisp/Vinput)—0.15＝log(Vdisp/Vinput)10-0.15=Vdisp/VinputVdisp=0.7Vinput图表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线。

出于现实的理由，通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率，然后从该频率以－20dB/+倍频程的斜率下降。

当然，这是一种简化的考虑。

实际上，放大器的灵敏度从较低的频率就开始下降，百在其截止频率达到－3dB。

图5中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线。

上升时间上升时间直接和带宽有关。

上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的10％到90％所用的时间。

上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间。

示波器的高频响应曲线是经过认真安排的。

这就保证了具有高谐波含量的信号，如方波，能够在屏幕上精确的再现。

如果频响曲线下降太快，则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象。

如果频响曲线下降太慢，即在频响曲线上下降开始得过早，则示波器总的高频响应就受到影响，使得方波失去“方形”特性。

对于各种通用示波器来说，其高频响应曲线是类似的。

从该曲线我们可以得到一个示波器带宽和上升时间的简单关系公式。

此公式为：tr(s)=0.35/BW(Hz)对于高频示波器来说，这个公式可以表示为：tr(ns)=350/BW(MHz)对于一个100MHz的示波器来说，上升时间为3.5（ns=纳秒10－9秒）在示波器的标尺上刻有标明0％和100％的专门的线，用来进行上升时间的测量。

数字示波器上升时间测量结果的不确定度评定

数字示波器上升时间测量结果的不确定度评定摘要：评定了数字示波器检定中实时上升时间测量结果的不确定度，讨论了影响测量结果不确定度的主要误差来源，包括示波器校准仪快沿脉冲、测量重复性、垂直分辨力、水平分辨力、读数分辨力。

同时，以一组实验结果为例，给出了不确定度评定结果。

关键词：数字示波器；上升时间；不确定度0 引言在脉冲测量技术中，数字示波器是应用最为广泛的观测仪器。

上升时间是数字示波器的一个重要技术指标，上升时间愈小，示波器所能观测的脉冲信号包含的频谱分量愈丰富，谐波次数愈高，对应的频带宽度愈宽。

本文主要讨论数字示波器检定过程中上升时间测量结果的不确定度评定。

1 测量方法1.1依据：GJB7691－2012《数字示波器检定规程》。

1.2环境条件：温度（18～28）℃，相对湿度≤80%。

1.3实验过程：Fluke5520A（SC600）示波器校准仪输出上升时间为300ps的快沿脉冲信号（频率为1MHz，幅度为500mV），TDS3032数字示波器选置128次平均采集模式，垂直偏转系数置100mV/p，扫描时间系数置2ns/p,用数字示波器的上升时间测量功能直接测量脉冲上升时间，在重复性测量条件下独立测量6次。

2影响测量结果不确定度的主要来源分析在上升时间测量时，采用的是直接测量法，因此在分析其不确定度时按直接测量进行评定。

在实验中，示波器校准仪输出快沿脉冲上升时间为300ps，与TDS3032数字示波器标称上升时间1.2ns之比为1:4，因此上升时间测量值不需要进行修正。

使用的测量仪器的技术指标按B类方法评定，测量数据的分散性按A类方法评定，然后计算其合成标准不确定度及扩展不确定度：(1)=k (2)影响测量结果不确定度的主要来源有：（1）测量数据的分散性引入的标准不确定度，用测量重复性表征；（2）示波器校准仪快沿脉冲信号引入的标准不确定度；（3）数字示波器垂直分辨力引入的标准不确定度；（4）数字示波器水平分辨力引入的标准不确定度；（5）上升时间测量读数分辨力引入的不确定度。

上升的时间和示波器探头的带宽的关系

上升的时间和示波器探头的带宽的关系所有的科学测试设备都有它的局限性，当我们使用示波器来测量数字信号时，我们也应了解示波器的局限性，这样我们才有可能对测试的结果进行合理的分析。

现在我们先讲述几个基本的概念名词，以方便对本文的阅读：上升/下降时间（Rise/Fall Time）：信号从低电平跳变为高电平所需要的时间，通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间，记为Tr或T10－90。

上升的时间和示波器探头的带宽一般示波器系统的三个基本的制约因数为：灵敏度不足、允许输入电压的范围不够和带宽的限制。

对我们而言最严重的限制应该是带宽不够。

在信号处理的过程中，低带宽的探头将滤除被测信号的高频分量。

从示波器上观察上升沿信号，其显示出的上升沿的时间示波器系统的组合上升时间，其值是示波器各个器件引起的上升时间平方和的方根值。

可以使用下面的表达式来表示：举个例子，最简单的情况下，示波器系统有输入信号、探头、垂直放大器组成，如下图所示：输入信号的上升时间为t1，经过示波器探头后其上升时间变为[t1（平方）+t2（平方）]开根号，再经过垂直放大器后其上升时间变为[t1（平方）+t2（平方）+t3（平方）]开根号。

其中，t2和t3是由探头和垂直放大器引入的，当然实际的情况比这个还要复杂，后面还会讲到。

图1示波器系统组合上升时间那示波器探头和其他的示波器配件到底能引起多大的上升沿的时间变化呢？这就和示波器和探头的带宽息息相关了。

一般的情况下，示波器探头的产家给出3db带宽的指标或者RMS带宽的指标，这些指标决定了示波器在测量时所引入的上升沿的时间误差。

其关系如下：T10－90＝0.338／F3db。

T10－90＝0.361／FRMS。

举一个例子：比如我们现在使用的示波器TDS3052，其使用的示波器探头是P6139A，其带宽都是500Mhz。

如果使用它来测量一个上升沿为2ns的上升沿的信号，它实测结果将是：Tr scope＝0.338／500Mhz＝0.676nsTr probe＝0.338／500Mhz＝0.676nsTr signal＝2ns那么示波器显示的结果将是：Tdisplayed＝[0.676（平方）+0.676（平方）+2（平方）]开根号＝2.217ns同样，如果我们使用另外一台示波器TDS380，带宽为400Mhz，其使用的示波器探头的是P6111B，带宽为200Mhz。

示波器带宽与上升时间的计量方法

示波器带宽与上升时间的计量方法是德科技应用工程师赵勇一．示波器带宽、频响方式以及带宽与上升时间的关系1．示波器带宽与频响方式在考虑示波器的测试信号，尤其是高速数字信号或高频信号时，带宽和上升时间通常是最重要的选择因素。

示波器带宽会影响测试结果，其中最主要的是对高速数字信号上升时间的影响。

示波器带宽是指被测信号幅值衰减到0.707倍时对应的频带宽度。

幅值的平方即为功率，平方后为1/2倍，带宽也即功率在衰减至一半时的频带宽度。

频响方式及其带内平坦度也是影响信号测试的重要因素，示波器的频响方式有所不同，通常有高斯频响与平坦响应方式。

如下图，平坦响应相比高斯响应在示波器带宽内具有更小的衰减。

2.示波器带宽与上升时间的关系信号上升时间通常规定为信号从其幅度稳态最大值的10%（20%）上升到90%（80%）的时间。

示波器的上升时间为示波器能够测量显示的最快上升沿的变化时间。

如下图周期性方波信号的傅里叶级数展开为在使用示波器测量理想的方波信号时，示波器带宽越大，能够测试到越高的奇次谐波，也就可以测试到越小的上升时间。

如下图所示。

)5sin 513sin 31(sin 4)( +Ω+Ω+Ω=t t t t f π2.1 高斯响应示波器带宽与上升时间的关系高斯频响可以表示为式：将高斯频响简化为一阶低通RC滤波器，其阶跃响应为：根据10%-90%上升时间的定义，tr=t2-t1，可以得到：上升时间:时间常量：信号带宽BW≈fH所以，信号带宽与上升时间有以下关系：2.2 平坦响应示波器带宽与上升时间的关系对于平坦响应，高速电路设计理论中[参考1]，信号转折频率Fknee =0.5/tr, 下图所示为数字信号的幅度频谱密度。

数字信号的转折频率大于转折频率的部分，幅度谱密度滚降远大于20dB/decade，对数字信号的特征影响非常小，而低于转折频率的部分包含了数字信号的大部分能量。

所以，我们可以使用转折频率来解释数字信号的频谱特征。

示波器测量上升时间的动态误差评估(精)

74计量与质量专题学术交流会论文专辑2007年第27卷增刊示波器测量上升时间的动态误差评估杜亮(中国一航空空导弹研究院计量测试中心,河南洛阳471009摘要:就使用示波器进行上升时间测量时,选用不同的带宽、采用率、采样方式、拟合方式及打开通道数目的不同对测量结果所产生的动态误差进行了评估,最后说明了探头、反射、非线性对测试结果的影响。

关键词:上升时间;带宽;采样率;采样方式;拟合方式0 前言在许多测试过程中,评定信号的上升时间是一项基础工作。

系统识别和放大器的大信号特征分析即是典型的例子,当示波器的测试动态范围比测试的信号动态范围宽时,上升时间的测量就变得简单明了。

然而,假如示波器对测量结果的影响不能忽略时,就必须评定其误差。

在实际测试过程中,许多工程师为了减小示波器的动态特性对测量信号的影响,首先考虑的是示波器的带宽,其次是测试过程所带来的误差,如:探头、反射、非线性对测试结果的影响。

1 根据示波器的带宽来评定其动态特性根据示波器的带宽来评定其动态特性,这个经验准则被众多技术人员所采用。

我们经常使用这种经验准则,但对它的有效性没有做进一步的调研,而且隐含的假设条件与实际情况不符,并且基本上是相互矛盾的。

基于此,使用近似准则对上升时间的测量就无法提供有充分根据的误差范围。

从计量学的角度看,上升时间通常从10%到90%来定义,也就是阶跃响应从幅度的10%上升到90%所持续的时间。

一个一阶低通滤波系统LP1,特征频率f1= 1/2=1/(2 T1,带宽为BLP1=f1,它的阶跃响应为u a,LP1(t=1-e- 1t(1阶跃响应的上升时间t r,LP1为t r,LP1=ln91=ln92 B LP10 35B LP1(2如果示波器的动态特性用时域中一个常数T1来衡量,它就可以被描述成一个一阶低通滤波器,可以使用公式(2。

由此可导出示波器的频带宽度和上升时间的转换关系:t r,osc=0 35B osc(3尽管(3式仅仅对一阶低通滤波器有效,但我们将在下面对很多实际系统用略微不同的常数来说明函数关系式(3的有效性。

示波器实验报告思考题

示波器实验报告思考题示波器实验报告思考题引言：示波器是一种用于观察电信号波形的仪器，广泛应用于电子、通信、仪器仪表等领域。

在示波器实验中，我们通过对不同电路中的信号进行观测和分析，可以深入了解电路的特性和工作原理。

本文将探讨示波器实验中的一些思考题，旨在加深对示波器的理解和应用。

一、示波器的基本原理示波器通过将电信号转换为可视的波形图形，帮助我们分析信号的频率、振幅、相位等特性。

在示波器实验中，我们通常使用示波器的两个重要参数：带宽和采样率。

带宽决定了示波器能够显示的最高频率，而采样率决定了示波器对信号进行采样的频率。

思考题1：为什么示波器的带宽很重要？示波器的带宽决定了它能够显示的最高频率。

如果带宽不足，示波器无法准确显示高频信号的波形，从而导致失真或模糊。

因此，在选择示波器时，我们需要根据实际需求选择适合的带宽，以确保能够准确观测和分析信号。

思考题2：示波器的采样率对信号观测有何影响？示波器的采样率决定了示波器对信号进行采样的频率。

如果采样率过低，示波器可能无法准确捕捉到信号的快速变化，导致波形失真或信息丢失。

因此，在使用示波器观测高频信号时，我们需要选择足够高的采样率，以确保能够准确还原信号的波形。

二、示波器的应用示波器在电子实验中有着广泛的应用，下面我们将探讨几个常见的示波器应用场景。

思考题3：如何利用示波器观测信号的频率和振幅？示波器可以通过测量信号的周期来计算频率，通过测量信号的峰峰值或峰值来计算振幅。

在观测信号的频率时，我们可以选择合适的时间基准和垂直缩放系数，以便在示波器屏幕上准确显示信号的周期。

在观测信号的振幅时，我们可以选择合适的垂直缩放系数和直流耦合/交流耦合模式，以便在示波器屏幕上准确显示信号的峰峰值或峰值。

思考题4：如何利用示波器观测信号的相位？示波器可以通过观察同一信号在不同通道或观察同一信号的不同周期来测量信号的相位差。

在观测信号的相位时，我们可以选择合适的水平缩放系数和时间基准，以便在示波器屏幕上准确显示信号的相位差。

影响示波器上升时间计量准确度的因素分析

影响示波器上升时间计量准确度的因素分析摘要数字示波器代替了传统的模拟示波器，得到了广泛的应用。

在其应用测量中，上升时间是重要的技术指标，上升时间计量准确度的评定测量显得极为重要。

根据示波器的检定规程中对上升时间的标准，排除上升时间影响计量准确度的因素，才能更好地完成评定，保证评定效果。

本文从示波器上升时间测量原理入手，分析影响计量准确度的因素，供行业人士参考。

关键词示波器；上升时间；计量准确度；评定；影响前言示波器在检定中，自身的上升时间是不可忽视的重要指标，根据上升时间的检定，能确定示波器的瞬间响应能力。

示波器在不同设置状态下，上升时间会有不同的影响，在检测时需要展开对上升时间的检定，分析其影响因素，进一步确保检定的准确性。

1 示波器上升时间测量原理和方法示波器是一种电子测量仪器，方便人们研究用电现象，将电信号用波形图像的方式表达出来，更为直观具体，表示被测量信号的变化路径。

在信号数字化技术的不断推动下，数字示波器得到了广泛的应用，尤其是和传统的模拟示波器相比，性能更优异，而且操作简单，电子测量准确度明显提高，在一定程度上数字示波器已经代替了传统的模拟示波器。

上升时间的测量能影响到信号准确度，因此对上升时间的检定影响因素分析不可忽视。

在示波器上升时间的计量检定上，需要将其调到默认出厂设置，然后选择具体的测量通道，设定相应的参数值，关闭其他通道，以免影响到测量结果。

选定示波器的相应系数，然后将其设置内触发形式，调节示波器的参数，让波形图更加稳定的显示在屏幕上，调节相应的脉冲信号输入方式，改变位置旋钮，改变其屏幕显示范围，让其波形上升时间呈现出相应的斜率。

在底部显示的变化时，调节其位置，然后借助示波器自带的上升时间测量，读取上升时间数据并做好记录[1]。

2 影响示波器上升时间计量准确度的因素上升时间是示波器的重要衡量指标，很多因素都会影响到示波器上升时间计量准确度，具体如下：2.1 取样方式采用相应的脉冲测量示波器的上升时间，保证脉冲速度，分析不同取样方式下上升时间数值的差，按照示波器上升时间计量检定的方法进行计量；然后选择不同的上升时间脉冲，通过取样时间的间隔，选择不同的通道进行相应采样，并重复测量后对比，包括重复取向数据和实时取样数据，然后进行波形测量验证。

数字存储示波器上升时间测量不确定度评定

数字存储示波器上升时间测量不确定度评定王武华【摘要】The calibration method is described in the GJB7691-2012 for rise time of digital storage oscilloscope(DSO),some main uncertainty sources of rise time evaluation are discussed, including the standard signal&its errors, the DSO vertical distinguish dint, horizontal distinguish dint and the repeatability. Combining with an example of experiment, the analysis and uncertainty evaluation results of rise time with the method is presented, making reference to Build up and keeps of measure standard.%本文阐述了GJB7691-2012《数字示波器检定规程》中实时上升时间的校准方法，分析了主要的不确定度来源，包括标准源快沿误差、数字存储示波器垂直分辨力、水平分辨力和重复性等，并结合实例，给出了数字示波器实时上升时间的不确定度评定过程和结果，为测量标准建立与保持提供参考。

【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2016(023)010【总页数】3页(P15-17)【关键词】计量学;数字示波器;上升时间;校准;不确定度【作者】王武华【作者单位】91388部队96分队，广东湛江 524000【正文语种】中文【中图分类】TB973由于信号数字化技术的发展，数字示波器的广泛应用，已经替代了模拟示波器，且功能更强大，操作更方便，精确度更高。

示波器的带宽对上升时间测量的影响

示波器的带宽对上升时间测量的影响摘要：在示波器的日常使用中，小伙伴们使用最频繁的功能应该是参数测量。

现在的示波器参数测量功能很强大，既可以测量频率、脉宽等时间信息，也可以测量幅度、平均值等电压信息，还可以统计上升沿次数、面积等其他要素。

不过对于这些测量结果，准确度是否让人信服？你又是如何认证的呢？正文：在示波器的日常使用中，小伙伴们使用最频繁的功能应该是参数测量。

现在的示波器参数测量功能很强大，既可以测量频率、脉宽等时间信息，也可以测量幅度、平均值等电压信息，还可以统计上升沿次数、面积等其他要素。

不过对于这些测量结果，准确度是否让人信服？本文就以上升时间的测量误差为例，突出示波器在测量中的注意事项。

上升时间的定义上升时间是信号上升快慢的数值，那其准确的内涵该是如何定义了？说来话长，因为定义是比较严谨的，一环套一环。

按常规理论：信号的上升时间是正向沿的较低阈值交叉点与较高阈值交叉点之间的时差。

顾名思义，上升时间肯定是在信号的上升沿时测量的；较低阈值、较高阈值的取值在某些示波器中是可以自定义的，默认为10%、90%幅值处。

而幅值的定义，就是顶部值（Top）与底部值（Buttom）之差。

顶部值，即波形较高部分的众数（最普遍值）。

图1 上升时间的定义图2 底部值的定义为什么要测量上升时间在日常对待信号快慢的态度上，小伙伴们一般只关心信号的频率，而不关心信号的上升时间。

兔子是跑得快，但跑得慢的不一定是乌龟。

在标准的正弦波中，上升时间与频率是纯洁的数学关系，但在实际中，傅立叶告诉我们，实际的波形是基波和高次谐波混合的产物。

因此，波形的高次谐波比重越大，其上升时间越短。

与信号的频率对比，上升时间更能代表信号的快慢。

所以不要小看低频的信号，只要它的上升沿是在瞬间爆发的，则足以引起信号的振铃、反射、过冲等一系列问题。

图3 波形本质的图解示波器带宽的内涵奥林匹克的口号是“更高、更快、更强”，在示波器上的“更快”，则是对带宽的要求。

示波器基础系列之十六-示波器响应方式对信号采集保真度的影响(1)

示波器基础系列之十六——示波器响应方式对信号采集保真度的影响李海龙美国力科公司深圳代表处摘要：信号保真度是评价数字示波器性能最主要的衡量标准，而采用合适的输入脉冲响应方式则是示波器高保真还原信号真实面目的非常重要的环节。

信号保真度定义为显示在示波器屏幕上的波形与被测波形间的拟合程度，而脉冲响应方式表征示波器系统采用何种方式对输入激励不同频率成份的幅度和相位进行最优化处理，不同的示波器响应方式会生成不同特征的被测阶跃脉冲波形。

本文以力科最新的WaveMaster 8Zi系列高端示波器为例，介绍了不同的示波器响应方式对信号采集保真度的影响，以及阐明了在同一台示波器上能提供多种脉冲效应优化方式对高保真度采集的重要作用。

关键词：示波器，脉冲响应，信号保真度，阶跃响应，幅频响应，相频响应,，Zi系列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、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”。

示波器的频率响应及其对上升时间测量精度的影响

示波器的频率响应及其对上升时间测量精度的影响2003-6-12引言传统上，示波器的频率响应是高斯型的，从它的BNC输入端至CRT显示，有很多模拟放大器构成一个放大器链。

但当代高性能数字示波器普遍采用平坦频率响应。

数字示波器中和高斯频响有关的只是很少的几个模拟放大器，并可用DSP技术优化其对精度的影响。

对于数字示波器来说，要尽量避免采样混叠误差，而模拟示波器不存在这种问题。

与高斯频响相比，平坦型频率响应能减少采样混叠误差。

本文首先回顾高斯响应和平坦响应的特性，然后讨论这两种响应类型所对应的上升时间测量精度，从而说明具有平坦频率响应的示波器与具有同样带宽的高斯响应示波器相比，有更高的上升时间测量精度。

我们的讨论以1GHz示波器为例。

这里的分析结论完全适用于其它带宽。

高斯响应示波器的特性1GHz 示波器的典型高斯频响如图1所示。

高斯频率响应的优点是不管输入信号(被测信号)有多快，它都能给出没有过冲的较好脉冲响应(即示波器屏幕上显示的信号没有过冲)。

在高斯频响示波器中，示波器的上升时间与示波器带宽间有熟知的常用公式:上升时间=0.35/带宽(高斯系统)高斯系统的另一常用特性是它的系统带宽为各子系统带宽的RMS值，可使用下面熟悉的关系式计算:系统带宽= 1/(1/BW2探头2+1/BW2示波器2)0.5 (高斯系统)通常情况下，即使示波器探头带宽比示波器带宽更高，由上述公式计算出来的系统带宽也不会变得很差。

相反，被测上升时间通常与系统及信号上升时间有关，计算公式为:被测上升时间=(RT2信号2+ RT2系统2)0.5 (高斯系统)当示波器系统的上升时间并不比信号上升时间快很多时，则可用该关系式估算信号的实际上升时间。

图1 1GHz 带宽示波器的频率响应平坦响应示波器的特性图1对平坦响应和高斯响应作了比较，由图可以看出，平坦响应有两大优点。

第一是信号在-3dB带宽之前的频响较为平坦，衰减较小，可进行非常精确的测量。

示波器的实验实验报告心得

示波器的实验实验报告心得示波器的实验实验报告心得引言：示波器是一种广泛应用于电子实验和测量领域的仪器，它能够将电信号转化为可视化的波形图，帮助我们分析和理解电路中的各种信号特征。

在本次实验中，我们使用示波器进行了一系列的实验，通过观察和分析波形图，我们深入理解了示波器的原理和应用。

本文将结合实验结果，分享我对示波器的实验心得和体会。

一、示波器的基本原理示波器通过探头将电路中的信号输入到示波器的输入端口，经过放大和处理后，将信号转化为可视化的波形图。

示波器的主要参数有带宽、采样率和垂直灵敏度。

带宽决定了示波器能够显示的最高频率，采样率表示示波器每秒对信号进行采样的次数，垂直灵敏度则决定了示波器能够显示的最小电压变化。

二、实验一：信号发生器的输出波形观察在本次实验中，我们首先使用信号发生器产生了不同频率和幅度的正弦波信号，并将其接入示波器。

通过调整示波器的控制参数，我们观察到了不同频率和幅度下的波形图。

通过实验，我发现示波器能够清晰地显示出信号的周期、幅度和相位信息，这对于分析和调试电路非常有帮助。

三、实验二：RC电路的频率响应测量在实验二中，我们将示波器与一个RC电路相连，通过改变输入信号的频率，测量了RC电路的频率响应。

实验结果显示，当输入信号的频率逐渐接近RC电路的截止频率时，输出信号的幅度开始减小。

这个实验让我更加深入地理解了RC电路的工作原理，以及示波器在频率响应测量中的应用。

四、实验三：脉冲信号的观察与分析在实验三中，我们使用示波器观察了一个脉冲信号的波形图。

通过调整示波器的时间基准和触发电平，我们能够清晰地观察到脉冲信号的上升时间、下降时间和脉宽。

这个实验不仅让我对脉冲信号的特征有了更深入的了解，还让我学会了如何通过示波器的设置来捕捉和分析特定的信号。

五、实验四：频谱分析与傅里叶变换在实验四中，我们使用示波器进行了频谱分析实验。

通过将示波器与频谱分析仪相连，我们能够将信号的频谱图直接显示在示波器屏幕上。