示波器測量高速信號，四步檢查法輕松搞定

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！

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?nèi)。這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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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：

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

可以看出，此時測量點電壓為：

其中Rin為輸入阻抗，Cin為寄生電容，s代表頻率?？梢钥闯?，此時測試點的電壓已經(jīng)發(fā)生了變化，這導致了探頭接入前后，信號本身已經(jīng)發(fā)生了改變。通過公式可以看出，Rin越大，對信號影響越小。而1／（Cin×s）這項是寄生電容與測量信號頻率的乘積的倒數(shù)，當測試信號頻率越高，則這項的影響就越大，要想降低該項的影響，只能盡量降低寄生電容Cin的容值。