随着通讯的快速发展，越来越多的协议被开发、更新、迭代，通信速率从开始的十几MHz到如今几GHz到几十GHz不等。越来越高速的通讯信号对于测量仪器也提出了更高的要求。

硬件工程师在设计与测试过程中，往往会遇到USB或是LAN通信效果不好，需要进行问题检测与解决。这时候如果使用几百兆带宽的示波器就不太能满足测量的要求。以USB2.0高速的信号为例，其信号为480Mbps的差分信号，如果使用一个500M的示波器分别对两路差分信号进行观测，其测量结果将是两个相位相反的正弦。这是因为USB的信号属于数字信号，480Mbps的信号可以看做是240MHz的方波信号。众所周知任意的波形都是可以由正弦波构成的，而方波则是由奇次的谐波构成的（n次谐波即频率为信号频率n倍的正弦波），所以240MHz的信号的第二个谐波成分在720MHz，超出了500MHz带宽示波器的测量范围。要比较完整地还原一个方波，需要包含5个谐波分量，也就是要能测量第9次谐波2160MHz的正弦，这个时候一台高带宽的示波器就非常重要。除了USB2.0，还有其它如千兆网、MIPI、PCIe等通信协议也有对应的一个示波器测量带宽需求，如下表。

表1，常见通信协议测试示波器带宽要求

在2020年，RIGOL推出了自主研发的第七代数字示波器——DS70000。

DS70000有5GHz的带宽，20GSa/s的采样率，可以满足5GHz正弦和2Gbps数字信号的测量。在此基础上，DS70000通过软件实现了一键完成USB2.0和百兆/千兆网的一致性测试，不再需要人手一项项测量计算，节省了测量时间，也降低了测量的难度。

DS70000 USB2.0高速一致性测试

在2023年，RIGOL又发布了新一代高速示波器DS80000。DS80000具有全通道13GHz，40GSa/s的超高性能，能够完成对快速上升沿、更高速协议信号如PCIe等信号的测量。

DS80000系列示波器

高带宽示波器的优势

1、捕获高速信号：

更高的频率响应：高带宽示波器能够捕捉更高频率的信号细节，避免信号失真的问题。带宽的定义为输入示波器后幅度下降-3dB的正弦波频率。因此示波器的带宽直接决定了能够输入的信号频率，超出带宽限制的信号幅值会大幅下降。

准确的波形重建：更高的采样率使得波形重建更加精确，特别是对于快速脉冲和瞬态信号。示波器测量的上升时间由信号本身上升时间以及示波器上升时间决定，其公式为：

高带宽的示波器必然会带来更快的上升时间参数。上升时间参数越高，对应上升沿的测量精确度也就越高。

2、提高测量精度：

减少噪声影响：高带宽示波器通常有更低的本底噪声，有助于提高测量的信噪比（SNR）。在测试和测量过程中，高信噪比能够确保捕捉到的信号更接近真实值，减少噪声对测量结果的干扰。

精细时基分辨率：高带宽和高采样率提供了更精细的时基分辨率，能够精确定位信号的变化点。以DS80000为例，40GSa/s的采样率使每个点之间的时间间隔仅为25ps。也就是说只要脉宽大于25ps的毛刺，都能被捕捉到痕迹。

3、多功能性和灵活性：

复杂信号分析：如抖动分析、眼图测试、协议分析等高级功能，通常需要高带宽示波器来实现。用示波器观测信号一般分为两类，时间和电压。眼图分析的作用是分析信号传输质量。可以从眼高以及上下迹线的粗细分析信号电压信号的上下限以及信号电压的抖动情况，也可以从眼宽以及交叉线的粗细分析信号的时间抖动情况，通过Q因子则可以直观反映信号的信噪比，体现信号的质量。

扩展应用范围：高带宽示波器可以用于更多类型的信号测试，包括模拟和数字信号。高速信号多为数字信号，更高带宽示波器除了可以进行基础的信号捕捉，还可以对像USB2.0等信号进行解码分析。这种功能对USB信号的传输失真等测试中非常方便。

需要使用高带宽示波器的场景

1、电信和数据通信：

4G网络开发与调试：4G通信系统不同运营商使用的频段不一样，总体上在1.8GHz到2.1GHz之间。所以进行4G网络的开发与调试，也需要用到3到5GHz带宽的示波器进行观测。

光通信：光纤通信中的信号传输速率极高，要求示波器具备较高的带宽。在光纤通信中，往往比较关注其上升时间，一般在400ps左右。如果使用1个GHz带宽的示波器，那么此时示波器的上升时间在350ps，测量的上升时间误差达到了32.9%。而使用DS80000，机器上升时间仅为33ps，测量误差也降至0.3%。

测量45ps快沿信号

2、高速数字电路设计和验证：

FPGA和ASIC设计：高速逻辑信号的设计和验证过程需要高带宽示波器来捕捉快速变化的信号。在FPGA的设计和应用中，稳定的高速的时钟信号是关键之一。常见的FPGA时钟频率从几十MHz到几百MHz不等，而时钟信号又属于方波，所以示波器所需带宽一般是时钟频率的5倍以上。

DDR内存测试：DDR等高速存储器件的时序分析和信号完整性测试离不开高带宽示波器。DDR1/2/3的信号速率范围分别为200~400MT/s，400~1067 MT/s和800~2133 MT/s。对应的其测量的示波器带宽推荐分别为3.5GHz、4GHz以及12.5GHz。

3、射频和微波信号测试：

雷达系统开发：雷达信号涉及高频段，并且速度快，高带宽示波器能够有效捕捉和分析这些信号。大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在30~300000MHz，相应波长为1mm~10m，包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4个波段。在1GHz频率以下，由于通信和电视等占用频道，频谱拥挤，一般雷达较少采用，只有少数远程雷达和超视距雷达采用这一频段。

表2 无线电频段和波段的命名

卫星通信：高频卫星通信系统需要高带宽示波器进行调试和性能优化。卫星通信主要使用微波频段信号‌，具体包括UHF、L波段、C波段、Ku波段和Ka波段。这些波段的选择是基于电磁波的传播特性和卫星通信的需求。

‌UHF波段‌（400/200 MHz）：用于某些移动业务和导航业务、气象卫星数据传输。

‌L波段‌（1.6/1.5 GHz）：用于卫星移动业务和导航系统。

‌C波段‌（6/4 GHz）：用于卫星固定业务。

‌Ku波段‌（14/11 GHz、14/12 GHz）：用于直播卫星业务。

‌Ka波段‌（30/20 GHz）：用于高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输等。

4、高速串行总线测试：

USB 3.x、PCIe、HDMI等接口测试：这些高速接口的数据传输速率很高，需要高带宽示波器进行信号完整性测试和调试。目前常见的高速通信协议的协会往往不仅对信号稳定性提出要求，而是对包括电压范围，上升/下降时间等物理层参数有一致性测试指标。而DS70000和DS80000分别可以满足USB2.0、千兆以太网和USB3.1、PCIe2.0的物理层一致性需求。

DS80000可以进行USB3.0一致性测试

5、汽车电子：

ADAS（高级驾驶辅助系统）：包括雷达、激光雷达、摄像头等传感器信号处理，需要高带宽示波器来捕捉高速数据流。为了能够及时地处理各处传感器返回的信号，车载以太网的质量具有重要影响。因此，DS70000推出新的车载以太网一致性测试升级，通过软件升级满足测试，进一步拓宽了DS70000的使用场景。

电动汽车电力电子：电动汽车中的逆变器和电机控制系统也需要高带宽示波器进行测试和优化。

6、研究与开发：

前沿技术研究：高校及科研机构在新材料、新器件、新技术研究中，常常涉及高速信号测试，使用高带宽示波器可以获得更精确的实验数据。