示波器带宽的原理及应用技巧

关于带宽，我常喜欢讲下面这个故事：

大家知道，对于USB2.0一致性测试，USB-IF规范一开始要求的带宽是4GHz的示波器，因为那时候是只有一家示波器公司先发布这个测试软件包。所以那时候 USB2.0很火的时候，这家公司的4GHz示波器很火，但等到其他两家的USB2.0都发布的时候，USB-IF把这个规范标准降为2.5GHz的示波器，但等到另外一个非主流的第四家示波器厂商也搞出USB2.0的软件包的时候，USB-IF把这家1.5GHz带宽的示波器也认了。这其实只是说明了这家公司的公关能力蛮强的，也说明国外的权威标准组织也是讲政治的。 对于USB2.0信号的测试，多少带宽的示波器的合适的呢？ 如果您有钱投资，买4GHz或6GHz当然更好，低频段幅频特性的平坦度总会好些嘛。 但我们是需要做负责任的投资的，仅仅为测试USB.20而购买4GHz以上的示波器毕竟是对公司很不负责任的投资。 我们知道，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。对于USB芯片管脚的信号，其上升时间可能为500ps，对于系统级应用，示波器测试到的USB2.0的high speed信号通常都是从USB芯片输出管脚经过了一段PCB走线和一段USB连接线，示波器测试出来的上升时间很多时候都超过了1ns! 图13的例子已清楚表明对于800ps上升时间，1GHz和6GHz带宽测量结果几乎是完全一致。 因此，用1GHz的示波器就可以满足系统级应用中USB2.0 high speed的测试。 但我们不太愿意推荐1GHz的示波器用于USB2.0 high speed的测试，因为USB-IF规范上并没有这样推荐，我们很难去说明工程师接受不符合规范的带宽。 图16和图17是我们测试某品牌台式机USB端口时，将带宽设为4GHz和1GHz时的上升时间对比，只相差30ps左右。 我用的连接电脑和夹具之间的连接线很短，只有十几厘米，如果用长的USB线缆，上升时间更大。
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图16，1GHz带宽时测试USB2.0 high speed信号的上升时间



图17，3GHz带宽时测试USB2.0 high speed信号的上升时间

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