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示波器测量高速信号时的注意事项

作者:ZLG致远电子时间:2018-12-06来源:电子产品世界收藏

  随着电子技术的快速发展,通信信号频率越来越高,信号质量要求也越来越严。测量这些高速信号是不是只要选一个昂贵的就行了呢?其实不然,如果一些细节没有被注意,再贵的也不见得测得准!

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201812/395348.htm

  一、选择

  测量高速信号,首先要考虑测试系统的,这个测试系统的包括探头的带宽和的带宽。要测量100MHz的信号,用一个100MHz带宽的示波器是不是就可以了?一些用户可能对带宽的概念并不是很清晰。认为100MHz带宽的示波器就可以测量100MHz的信号了,其实并不是这样。带宽所指的频率是正弦波信号衰减到-3dB时的频率,而我们一般测量的数字信号都不是正选波,而是接近方波。这两者对带宽的需求是不同的。

  根据傅里叶变换可知,方波可以分解为奇次倍数频率的正弦波。比如1MHz的方波,是由1MHz、3MHz、5MHz、7MHz......等正弦波叠加而成。下图为不同滤波器下方波信号的响应。分别为把滤波器设置为方波基频频率、3次谐波频谱、5次谐波频率、7次谐波频率的方波响应。

  

  图 1 截至频率为方波频率的滤波情况

  

  图 2 截至频率为方波3次谐波频率的滤波情况

  

  图 3 截至频率为方波5次谐波频率的滤波情况

  

  图 4 截至频率为方波7次谐波频率的滤波情况

  可以看出想要得到较为完整的方波信息,最少需要5次谐波分量,而且如果想要获得更加准确的信息,就需要能够测量到更多的谐波分量。

  所以选择示波器和探头带宽时至少要选择被测量方波信号的5次谐波频率以上的带宽。

  二、探头的选择

  示波器是无法直接对信号进行测量的,必须通过一个物理连接将信号传输到示波器内。这种物理连接就是探头。探头对高速信号测量来说至关重要。普通无源探头一般有1:1探头和10:1探头两种。这两种探头除了衰减比例不同外,还会对高速信号产生很大的差异。想要解释这个问题,需要现讨论一下探头的一个关键特性——负载效应。

  理想情况下,我们希望我们的测量设备的阻抗无穷大,这样测试设备的接入就不会对被测系统产生任何影响,从而保证测量的真实性。但是遗憾的是测量系统不可能有无穷大的输入阻抗,而这时候,测量设备的接入,会对被测系统产生什么影响呢?假设被测试系统如下图所示。

  

  图 5 被测系统等效示意图

  可以看出,测量点电压:V_out=V_sig×R_L/(R_L+R_S );

  而当采用示波器进行测量时,由于示波器的输入电阻和寄生电容,会使得此时的等效电路图如下图所示:

  

  图 6 探头接入等效示意图


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关键词: 示波器 带宽

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