• 示波器 

测量仪器本质是负载,是负载!

阈值

前不久有客户打电话问我这样一个问题:为什么我用FLUKE的源输出一个标准的200M信号,再接入ZDS2022示波器的时候发现测出来的幅值跟理想差别很大呢?

在回答这个问题之前,我先讲一个故事。

上中学的时候,我对示波器的印象是这样的:

(好流弊呀,接上之后信号直接显示出来啦!简直是测量界的哆啦A梦!!)

后来在大学实验,我对示波器的印象是这样的:

(数字示波器果然厉害,不但能捕获波形,还标配了协议分析和解码,吊炸天!)

后来进入了致远电子,我对示波器的印象是这样的:

(好激动,我要拆开来看看你里面是什么样子的!!!)

然后又是这样的:

(那么多芯片!@#¥%……&,天这么冷,我还是觉得吃个火锅做个水疗更有意思一些……)

好了,您现在要是问我示波器是什么,我会回答您:示波器,就是一个能显示被测电路波形的负载嘛!

太罗嗦?好吧,六个字,示波器是负载。够简单了吧!下面进入主题。

既然示波器本质是负载,那么测量本身就是一个给被测电路加载的过程。我把探头连上之后,星星还是不是那个星星,月亮还是不是那个月亮,就很难说了,要看负载效应。

科普环节:

负载效应:有两部分会影响,一部分是示波器本身的输入阻抗,一部分是探头的阻抗。

测量系统夹在电路上之后会不会有很大的影响呢?看模型。

示波器测量信号,等效的模型为:

接上了探头之后,测量系统就变成了下图:(此处以常用的带补偿高阻无源探头为例)

对于普通的低频信号来说,测量系统对被测电路的影响越小越好。因此,常规的低频信号测量只需使输入阻抗处于默认1MΩ即可,此时相当于在测量电路两端并联一个很大的电阻,对被测电路影响就很小,测量结果也会相对的准确。

对于高频信号来说(如200Mhz正弦波),此时就需要考虑示波器的容抗特性了。此时的信号输出端(如文首提到的FLUKE信号源)一般为50Ω左右的电阻,根据信号完整性原理,一定要考虑测量过程中的阻抗匹配。为了避免信号反射,必须保证测量系统阻抗也是50欧姆。

好了,该说的都说了,回到开头那个问题,为什么测量高频信号(200M左右)感觉幅值测不太准呢?答案可能就在输入阻抗这里!根据阻抗匹配的原则,源的输出一般要求外部负载为50Ω。如果阻抗不匹配,测量的过程中就不可避免传输线上的信号反射,从而造成测量信号的幅值不准确的现象。

那么问题来了,如果我的示波器测量高频信号(如200M)该如何操作才测得比较准呢?

如果信号输出后并未经过任何传输线,使用标配的无源高阻探头,将探针直接点在信号输出点上测量即可。这也是我们最推荐的做法。

如果信号输出后经过线缆传输,无论是PCB走线还是线缆,都必须进行阻抗匹配。此时有两种方法:

一是使用标配的无源高阻探头,由于探头的输入阻抗很高,不能做为端接负载,为保证源信号的质量,需要另外的负载对源信号进行端接。

二是把示波器的输入阻抗设置为50Ω。这样,示波器的输入阻抗可以为源信号提供有效的端接。但如果我的示波器不可选50Ω阻抗怎么办呢?小事情,出门转某宝,搜阻抗转换器即可。