什么是泰克示波器“5倍法則”？要如何理解呢？

　　經常使用泰克示波器或者了解示波器的伙伴們可能都聽說過示波器的“5倍法則”，講述的具體是什么意思呢？為什么會有5倍法則，而不是3倍、4倍法則？其實不僅僅是針對帶寬，當涉及到快沿信號上升時間測試時，根據上升時間選擇示波器也會用到5倍法則。

　   今天，我將簡單地和你談談5倍法則的由來。

　　首先，我們簡單介紹一下示波器模擬帶寬的定義。示波器的整個模擬通道相當于一個低通濾波器，示波器的帶寬是指低通濾波器的3dB截止頻率。如果測試一個與示波器校準帶寬相同頻率的正弦波信號，電壓幅度測試結果會下降到真實電壓值的0.707，如果用對數表示，測得的幅度會下降3dB。

　　圖1. 示波器的帶寬定義(BW=100MHz)

　　測試信號幅度時，如果希望測試精度至少達到98%，則對泰克示波器的模擬帶寬是有要求的。因為模擬通道的頻響并非是平坦的，BW≤1GHz的泰克示波器模擬通道通常為一階低通濾波器頻響，具有一定的滾降特性，如圖1所示。頻率越高，對信號的衰減越大，幅度測試誤差越大。所以，高精度幅度測試對示波器帶寬提出了更高的要求。

　　那么如何選擇示波器帶寬才能保證測試精度不低于98%呢?

　　此處僅討論示波器模擬通道為一階低通濾波器頻響的情況。對于一階低通濾波器，其傳輸函數可以表示為：

　　式中，為低通濾波器的3dB截止頻率。

　　假設正弦波信號的幅度為1V，當測試精度不低于98%時，則需要滿足如下關系：

　　經化簡可以得到：

　　上式表明，測試正弦波信號時，如果要保證98%的幅度測試精度，則要求示波器的帶寬不低于信號頻率的4.93倍。

　　為了方便，一般建議示波器帶寬至少為正弦波信號頻率的5倍。這就是5倍法則的由來。

　　5倍法則有著悠久的歷史。過去的示波器帶寬不高，帶寬在1GHz以下的示波器應用更廣泛，所以5倍法則很受歡迎。即使是現在，這個規則仍然適用于低端示波器。

　　但在選擇高帶寬示波器時，并不一定要按照5倍的規律來選擇。并不是因為高帶寬示波器的模擬通道頻率響應非常平坦。反之，仍然是低頻衰減小，高頻衰減大的低通濾波器的頻率響應。而是高端示波器具有DSP濾波器的功能，如下圖所示，通過數字算法對模擬通道的頻率響應進行補償，從而獲得平坦的幅頻響應和線性的相頻響應。

　　對于寬帶信號和高速率碼流信號的采集，DSP濾波器是非常必要的。不要以為這樣會“修改”待測信號，干擾測試。相反，DSP濾波器會提高信號測試的準確性，因為它補償的是示波器模擬通道的頻率響應，而不是改變被測信號。

　　圖2. 高端示波器支持DSP filter功能以提高信號測試精度

　　本文由泰克示波器代理商安泰測試整理，希望通過本文能夠讓大家對示波器5倍法則有所了解。了解更多電子測量儀器相關知識請咨詢安泰測試：http://www.nfrol.com