中文引用格式： 李海涛，渠红光，赵春滨，等. 数字示波器模拟输入带宽测试方法研究[J]. 电子技术应用，2025，51(1)：46-49.
英文引用格式： Li Haitao，Qu Hongguang，Zhao Chunbin，et al. Research on measurement method of analog input bandwidth of digital oscilloscope[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(1)：46-49.
引言
数字示波器是一种用于测量、分析和显示时变模拟电信号的测量仪器。它通过对输入模拟电信号进行采样、数字化和存储等处理，得到数字电信号，然后利用数字信号处理技术，在显示屏上直接显示出相应的波形参数。
模拟输入带宽也称-3 dB带宽、3 dB带宽、模拟带宽等，文中简称带宽（Bandwidth，BW）。在数字示波器中，带宽的简单定义如下：示波器测得标准正弦波的幅值不低于输入正弦波信号幅值的0.707时的最高频率，默认的带宽从直流（0 Hz）开始[1-6]。一般情况下，首选测量得到示波器的幅度频率特性响应曲线（又称幅频响应、幅频特性、幅频曲线、Bode Plot、波特图等），之后归一化，找到第一个输入幅值衰减到0.707时对应的频率值，该点就是示波器的-3 dB带宽最大值。带宽被称为数字示波器的第一参数指标，在选择数字示波器时，首先要确定的参数指标也包含带宽。
按照采样方式划分，数字示波器可以分为实时采样示波器、等效采样示波器等，其通道组成基本相同。前向通道主要包括模拟信号调理、采样保持电路（Track and Hold Circuit）、模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）等，是示波器模拟带宽的主要组成部分[5-6]。模拟信号调理主要包括阻抗选择、交直流耦合、无源衰减、基线偏移调节、增益衰减等。在实时采样示波器内部，THC一般包含在ADC中；在等效采样示波器内部，THC一般为独立模块以提高带宽。ADC主要完成模拟数字转换功能，模拟输入带宽、采样率（水平分辨率）、垂直分辨率等是其核心性能参数。ADC输出的数字信号进入后向通道的数字信号处理（Digital Signal Processer，DSP）等部分，在DSP中实现数字补偿算法，精细补偿幅频特性曲线，可以得到更加平坦的数字带宽。本文主要研究示波器的模拟输入带宽的测试方法。
根据前述，数字示波器中的带宽包含了模拟信号处理链路、THC、ADC、DSP等器件的贡献，是示波器保持稳定工作的频率范围，是相关贡献因素的均方根[4,7-8]。数字示波器的带宽是一个系统带宽的概念，不仅包含了运算放大器、采样保持器、ADC等的模拟带宽等，而且可能包含了DSP的数字带宽等。不同厂商的示波器带宽不尽相同，有的数字示波器带宽也称为DSP数字增强型带宽，有的则为模拟输入带宽（不包含DSP带宽等的贡献）。
数字示波器中的带宽按照输入信号幅值大小的情况，可以分为大信号带宽（Large Signal Bandwidth，LSBW）和小信号带宽（Small Signal Bandwidth，SSBW）[9]。这里借鉴了运算放大器的带宽定义，运算放大器的带宽包含了大信号带宽和小信号带宽两种带宽定义，两者侧重的参数不同。大信号带宽主要和电压摆率（Slew Rate，SR）相关，强调对大幅值快变信号的精确跟随能力。小信号带宽主要由上升时间（tr）和下降时间（tf）决定，强调对小幅值信号的精确跟随能力。因为运算放大器是数字示波器模拟信号链路上的关键器件之一，而且ADC中一般不专门提及SR的概念，可知数字示波器带宽一般为小信号带宽，即常见的示波器带宽。
目前，商用的国外示波器品牌主要有泰克（Tektronix）、是德（Keysight）、力科（Lecroy，已被Teledyne收购）等，国内的示波器品牌主要有普源精电、鼎阳等。不同示波器生产商对示波器的带宽定义各有特色，国外三种品牌的示波器的幅值频率响应（幅频响应）特性也不同，可以细分为三种不同的幅频响应特性曲线（也称波特图），分别是：泰克的高斯响应（Gaussian Response）、是德的最大平坦响应（Maximum Flatness Response，又称砖墙响应）、力科的四阶贝塞尔响应（4th order Bessel Response）[10-13]。国内示波器品牌中，鼎阳的示波器产品的幅频响应特性曲线和力科产品类似，普源精电的示波器产品和是德的产品类似。三种幅频响应曲线的带内平坦度和带外滚降特性各有特色，高斯响应在带外衰减较慢，最大平坦响应的在带外衰减很快，四阶贝塞尔响应则是两者的折中，典型的对比如图1所示，给出了示意幅频响应曲线，x轴为线性坐标，表示频率，y轴为对数坐标，表示不同频率对应的功率分量，一般采用对数坐标表示。在测量不同性质的信号（高频信号、中频信号、低频信号等）和信号参数（信号上升时间、眼图、混叠误差等）时，三种幅频响应曲线各有特色。一般情况下，三种响应均能够满足要求，在进行特殊测量时或者对测量精度要求很高时，可以根据需要选择合适的示波器产品。随着技术的进步，三个主流产品的幅频特性曲线也在相互借鉴，相互优化。
图1 三种典型的幅频响应曲线
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作者信息：
李海涛，渠红光，赵春滨，刘森，田耕
（西北核技术研究所 强辐射环境模拟与效应国家重点实验室，陕西 西安 710024）
