示波器测量高速信号时的注意事项
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示波器就行了呢?其实不然,如果一些细节没有被注意,再贵的示波器也不见得测得准!
一、带宽选择
测量高速信号,首先要考虑测试系统的带宽,这个测试系统的带宽包括探头的带宽和示波器的带宽。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。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201812/42962d40efec874cebae3b3b83f8b136.png)
图 1 截至频率为方波频率的滤波情况
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201812/a9ff27d71d56aba96808523985a2dffc.png)
图 2 截至频率为方波3次谐波频率的滤波情况
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201812/ca08983d5558ce4ec3df76711658e335.png)
图 3 截至频率为方波5次谐波频率的滤波情况
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201812/597f6979f3f44c34f893f7e76663bf62.png)
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。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201812/1018ed5652c83ac7fcfb31bb18c21a7d.png)
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:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201812/ea6b2459ecd6f047a1f9bbee27613661.png)
图 6 探头接入等效示意图
![](http://m.amcfsurvey.com/webstorage/images/2014/m/wx.png)
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