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示波器的频率计读数,泰克示波器设置输入阻抗

张世龙 05-13 11:21 28次浏览

熟悉示波器的朋友可能会困惑,输入阻抗有1m和50两种,但到底该怎么选择呢?

一.传输线

要弄清楚50的由来,首先需要谈谈传输线路。 电信号实际上作为电磁波在传输线中传播。 当传输线的尺寸远远小于电磁波的波长时,必须考虑这个“波”的特性。 下图为对100m左右终端短路的网线施加狭窄脉冲时,示波器在信号源侧测量的图像。 明确了在其上有入射波和反射波。

入射波和反射波重叠后会发生什么呢? 方波信号可能会变成这样。

如何阻止信号的反射?

正如光在水面上反射一样,电信号也在传输介质发生变化时反射。 为了不被传输线反射,出现了PCB微带线、同轴线等均匀的传输线。 这些介质是均匀的,在任何点上截面的几何结构都相同,从而可以防止电信号在传输路径内反射。

但是,如果信号来到传输线路的终点,不还是会发生反射吗?

其实只要信号的瞬时阻抗不变,同样不会发生反射。 瞬时阻抗是指电信号在传输线的某个点处接收的阻抗。 研究结果表明,均匀传输线的瞬时阻抗为纯电阻性,类似于电阻,与频率无关。 另外,瞬时阻抗仅与传输线的几何结构和填充材料有关,因此也称为特性阻抗。 由于瞬时阻抗像电阻,所以在负载上并联电阻,使电阻值和特性阻抗相等,使信号不反射而被电阻吸收。 你的电路也会变干净。 这种方法称为终端匹配。

二.著名的50

特性阻抗的大小影响信号传输功率、传输损耗、串扰等电性能,其板材和几何结构影响制造成本,这种情况只能寻找折中值。 50是同轴线传输功率、传输损耗及制造成本的最佳平衡点。 因此,许多高速信号采用50特性阻抗系统,并已标准化,成为迄今为止使用最广泛的阻抗标准。 例如,常见的PCIE要求单端阻抗为50。

这就是这50的由来,因为示波器有50的阻抗偏移。 其作用是使50系统的传输线路一致。

三.示波器的负荷效应

你可能会怀疑你有朋友,根据上述论述,50的匹配不是比1m的匹配更好吗? 那么,用1m的阻抗做什么呢? 这关系到示波器负载效应的问题。

相信大家也有这样的经验,调试有问题的电路,想看波形,结果连接探针电路就正常了,松开探针电路又会出问题。 这就是负荷效应造成的。 示波器本身具有输入阻抗,在用示波器测量的同时,必须将其部分阻抗与电路并联。

以示波器的1m阻抗模式为例,大致等效于1m和十几pF电容器并联的形式。

这个1m是示波器的规格。 容量是我们不希望但不可避免的寄生参数。 在直流和较低频率下,1m起主导作用。 频率超过10MHz时,电容器成为主要负载。 由于这两个参数的导入,测量时的信号和原始信号会产生差异,测量结果会产生误差。 有多大的差异还取决于被测量电路的输出电阻和负载。 用上图的例子来说。 根据大卫宁定理,如下所示。

由图可知,低频信号的差异主要由解调输出电阻Re和1m的分压决定,但在高频的情况下,需要施加Re和16pF的电容电阻的分压。

计算表明,当Re值为10,信号频率为200MHz时,示波器的负载效应会产生-0.2dB左右的偏差。 如果系统的Re为25,则该偏差为-1dB。 因此,测量高频信号时,建议使用10:1被动探针进行测量。 这是因为寄生电容比示波器低,通常只有9pF左右的寄生电容。 1:1无源探针通常有60pF的寄生电容,不能用于高频信号的测量。 10:1如果探针还不能满足您的要求,则需要选择寄生电容更小的高频有源探针进行测量。

使用50阻抗位移进行测量会怎么样?

Re为25时,信号从直流衰减,衰减-3dB以上。 信号被判断为失真。 示波器在进行50的匹配后,不能再作为旁观者继续测试系统了。 在被测定源为无负载信号源、例如信号发生器情况下,该信号自身没有终端匹配电阻,如果用1m阻抗或探头测定,则在传输路径终端反射而干扰测定信号,但在这种情况下,需要采用50阻抗的范围,通过示波器内部的50电阻进行传输路径测试示意图如下图所示。

四.示波器测量50相关注意事项

1m阻抗和50阻抗范围的设计出发点不同。 1m档的出发点是为了让示波器具有小的负载效应,让其“安静”地成为旁观者。 50偏移是为了消除传输线路上的信号反射,将传输线路的影响抑制在最小限度。 选择哪个阻抗偏移取决于实际测量情况。

1、被测信号为信号发生器等空载信号,且用50特性阻抗同轴电缆与示波器连接时,需要使用50阻抗范围。

2、被测信号为板载信号,且有自己完整的终端接收系统时,需要使用1m阻抗偏移直接测量或使用探测

头测量。

3、配合探头测量时,需要注意无源探头都需要使用1MΩ阻抗档位,有源探头则需要根据探头要求进行匹配,一般来说高频探头要求50Ω阻抗档位,低频探头要求1MΩ阻抗档位。

4、使用无源探头时需要注意,1:1探头通常只有6MHz的带宽。想要更高频率,需要选用带衰减的无源探头。

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