帶寬通常為示波器的第一指標，也是我們在選擇示波器時首要考慮的因素。信號經過探頭進入示波器后，首先經過的就是放大器和衰減器，它們決定了示波器的帶寬大小，在沒有特別說明的情況下我們說的帶寬是示波器模擬前端放大器的帶寬，也就是-3dB截止點。

在示波器上一般有兩個地方可以查看帶寬：

①一般在示波器的左上角或右上角會標注帶寬的大小。

②在示波器的設備-儀器參數下可以看到帶寬的大小。

示波器放大器的典型電路如下圖所示（放大器具體原理請查詢模擬電路資料），這種放大器可以等效為RC低通濾波器，因此等效電路推導出來的輸出電壓和輸入電壓的關系，可以得出理想的幅頻特性曲線。

圖：放大器的典型電路

圖：放大器的等效電路模型

圖：放大器的理想波特圖

對于放大器而言，其增益隨著輸入信號的頻率增高而會下降，f2為輸出電壓降低到輸出電壓0.707時的頻率點，此時增益下降了-3dB。一般把放大器增益下降-3dB 對應的頻點稱為這個放大器的帶寬，示波器的帶寬也是用同樣方法定義的。

-3dB是怎么來的？

-3dB也叫半功率點或者截止頻率點，該點的功率正好為總功率的一半。

所以-3dB即功率增益下降1/2，電壓增益下降0.707時的增益。

假設對于一臺標稱帶寬為1GHz 的示波器，輸入一個標準的50MHz，1V 峰峰值的正弦波信號,在示波器上測量到的信號幅度為 A;然后將輸入信號的幅度保持不變,頻率逐漸增加到1GHz.這時在示波器上測量到的信號幅度為B。如果20lg(B/A)的計算結果沒超過-3dB(例如為-2.8dB),這臺示波器就是合格的，否則就是不合格的。對于示波器的帶寬檢定通常使用的也是這種方法。

需要注意的是-3dB是按照信號功率計算的，相當于信號的功率增益下降1/2, 但示波器測量的是電壓信號，所以-3dB相當于示波器電壓的增益隨著頻率的增加下降到原來的0.707倍。因此標準的50MHz，1V 峰峰值的正弦波信號，用1GHz的示波器測量的電壓幅度是1V，當頻率增加到1GHz以后，這時測量到的信號幅度可能只有0.7V左右。

從前面的例子可以看出,示波器并不是對帶寬內的所有頻率信號都保持相同的測量精度的,被測信號頻率越接近帶寬附近，測量結果的幅度誤差越大，如果這個幅度誤差超過了可以接收的范圍,就要考慮用更高帶寬的示波器進行測量。另外示波器也不是絕對不可以對超過帶寬的信號進行測量,如果被測信號的頻率只是稍微超過了示波器的帶寬,雖然信號的衰減會比較大,但大概的頻率周期等時間信息還是比較準確的(對正弦波信號)。

測試對于帶寬的要求

在信號測試中我們常用的普適原則就是“示波器帶寬必須為被測信號頻率的5倍及以上”。如果選擇的示波器滿足這一要求，那么該示波器就能以最小的信號衰減捕捉到被測信號的5次諧波。信號的5次諧波在確定數字信號的波形重建方面非常重要。

注意：信號的帶寬和頻率沒有任何關系，只和信號的沿有關。上面只是提供了一個經驗公式。

但如果需要對高速信號邊沿進行精確測量，那么這個經驗公式有點草率，因為與示波器帶寬緊密相關的是其上升時間。

圖：泰克MSO5系示波器中標注的帶寬與其上升時間

示波器的上升時間不是示波器能夠精確測量的最快的邊緣速度，而是當輸入信號具備理論上無限快的上升時間（0ps）時，示波器能夠達到的最快邊沿速度。這種理論參數不可能測得到，實際使用中可以通過輸入一個邊沿速度為示波器上升時間快3到5倍的邊沿信號來測量示波器的上升時間。

測試案例

下圖為使用100M帶寬的示波器測量一個邊沿速度為500ps的100MHz方波時鐘的波形結果，可以看到示波器只能讀到時鐘信號的100MHz基本頻率成分，但是波形已經嚴重變形，說明使用100M帶寬的示波器來測量100MHz的的方波信號明顯不夠用。

接下來提高示波器帶寬到500M重新在測試一次，從圖中可以看出，示波器能捕獲到信號的5次諧波，也滿足了傳統計算方法的建議，但是上升沿測得為750ps，這個結果很接近它自己的上升時間（700ps）,而不是輸入信號的上升時間，因此需要更高帶寬的示波器才能滿足這一要求。

下圖為將帶寬提高到1G后重測的波形，可以測量到上升時間為550ps，測量誤差為10%，這一測量結果基本夠用，如果要求更高的精度，那么需要采用更高帶寬的示波器。

進一步換用2G帶寬的示波器測到的波形，此時是比較精確的時鐘信號，上升時間測量結果為495ps.

對數字應用而言,簡單地估算示波器帶寬至少應比被測設計的最快時鐘速率快 5倍(保證基本的信號形狀),但在需要精確測量信號的邊沿或者時序時,則要根據信號的最快邊沿來估算其信號帶寬，從而決定需要的示波器帶寬。

總結

帶寬可以說是示波器最重要的指標之一，在硬件開發或測試面試中也是經常問到的問題之一，“在測試中，對于示波器的帶寬你是怎么選擇的？”

之前提到的普適原則，“示波器帶寬必須為被測信號頻率的5倍及以上”，在這里是正確的。

實際上信號的帶寬是和信號的上升沿相關的，并不是頻率低的信號帶寬就低，頻率高的信號帶寬就高。

信號的最高頻率成分=0.5/信號上升時間（10%-90%）

信號的最高頻率成分=0.4/信號上升時間（20%-80%）

此時我們認為示波器的帶寬只要高于信號的最高頻率成分，則可認為示波器能夠滿足測試要求。

最后在高速信號測量時還要考慮示波器本身的上升時間，不能測量一個上升沿時間遠大于示波器的最大上升沿時間的高速信號。

所以答案總結為以下三點：

①5倍帶寬普適原則：示波器帶寬必須為被測信號頻率的5倍及以上

②通過信號的上升沿時間來估算信號的真實帶寬

信號的最高頻率成分=0.5/信號上升時間（10%-90%）

信號的最高頻率成分=0.4/信號上升時間（20%-80%）

③在高速信號測量時，還要考慮示波器本身的上升沿時間是否滿足要求。