示波器測量高速信號時的注意事項
隨著電子技術的快速發(fā)展,通信信號頻率越來越高,信號質量要求也越來越嚴。測量這些高速信號是不是只要選一個昂貴的示波器就行了呢?其實不然,如果一些細節(jié)沒有被注意,再貴的示波器也不見得測得準!
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201812/395348.htm一、帶寬選擇
測量高速信號,首先要考慮測試系統(tǒng)的帶寬,這個測試系統(tǒng)的帶寬包括探頭的帶寬和示波器的帶寬。要測量100MHz的信號,用一個100MHz帶寬的示波器是不是就可以了?一些用戶可能對帶寬的概念并不是很清晰。認為100MHz帶寬的示波器就可以測量100MHz的信號了,其實并不是這樣。帶寬所指的頻率是正弦波信號衰減到-3dB時的頻率,而我們一般測量的數(shù)字信號都不是正選波,而是接近方波。這兩者對帶寬的需求是不同的。
根據(jù)傅里葉變換可知,方波可以分解為奇次倍數(shù)頻率的正弦波。比如1MHz的方波,是由1MHz、3MHz、5MHz、7MHz......等正弦波疊加而成。下圖為不同濾波器下方波信號的響應。分別為把濾波器設置為方波基頻頻率、3次諧波頻譜、5次諧波頻率、7次諧波頻率的方波響應。
圖 1 截至頻率為方波頻率的濾波情況
圖 2 截至頻率為方波3次諧波頻率的濾波情況
圖 3 截至頻率為方波5次諧波頻率的濾波情況
圖 4 截至頻率為方波7次諧波頻率的濾波情況
可以看出想要得到較為完整的方波信息,最少需要5次諧波分量,而且如果想要獲得更加準確的信息,就需要能夠測量到更多的諧波分量。
所以選擇示波器和探頭帶寬時至少要選擇被測量方波信號的5次諧波頻率以上的帶寬。
二、探頭的選擇
示波器是無法直接對信號進行測量的,必須通過一個物理連接將信號傳輸?shù)绞静ㄆ鲀取_@種物理連接就是探頭。探頭對高速信號測量來說至關重要。普通無源探頭一般有1:1探頭和10:1探頭兩種。這兩種探頭除了衰減比例不同外,還會對高速信號產生很大的差異。想要解釋這個問題,需要現(xiàn)討論一下探頭的一個關鍵特性——負載效應。
理想情況下,我們希望我們的測量設備的阻抗無窮大,這樣測試設備的接入就不會對被測系統(tǒng)產生任何影響,從而保證測量的真實性。但是遺憾的是測量系統(tǒng)不可能有無窮大的輸入阻抗,而這時候,測量設備的接入,會對被測系統(tǒng)產生什么影響呢?假設被測試系統(tǒng)如下圖所示。
圖 5 被測系統(tǒng)等效示意圖
可以看出,測量點電壓:V_out=V_sig×R_L/(R_L+R_S );
而當采用示波器進行測量時,由于示波器的輸入電阻和寄生電容,會使得此時的等效電路圖如下圖所示:
圖 6 探頭接入等效示意圖
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