示波器的输入阻抗-博计计量检测

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示波器的输入阻抗

时间:2020-12-18 来源:计量校准点击:次

示波器的输入阻抗

　　一、传输线

　　想要讲清楚50Ω的由来，我们需要先讲一下传输线。电信号实际上是以电磁波的形式在传输线中传播的。当传输线的尺寸不再远小于电磁波波长时，就不得不考虑这个“波”的特性了。下图是将一个窄脉冲施加到100m左右的终端短路的网线上时，示波器在信号源端测量到的图片。可以在其上明显看出有一个入射波和一个反射波。

　　二、如何阻止信号反射呢?

　　就像光要在水面才发生反射一样，电信号也是在其传输介质发生改变的时候才会发生反射，为了避免传输线上发生反射，就出现了均匀传输线，如PCB微带线，同轴线等，他们介质均匀，任何一点横截面几何结构相同，这样就可以保证电信号不会在传输线内发生反射了。

　　但是信号一旦来到传输线终点，岂不是还是要发生反射么?

　　其实只要保证信号的瞬时阻抗不变，同样也不会发生反射。瞬时阻抗就是电信号在传输线上某一点所受的阻抗，经过研究发现均匀传输线的瞬时阻抗是个纯阻性的，与频率无关，就像个电阻，而且瞬时阻抗只与传输线的几何结构和填充材料有关，所以又叫做特性阻抗。既然瞬时阻抗像电阻，那我们就给负载并联一个电阻，让其阻值和特性阻抗相等，这样信号就不会反射回来，而是被电阻吸收。您的电路也就清净了。这种方法叫做终端匹配。

　　三、著名的50Ω

　　特性阻抗大小会影响信号传输功率、传输损耗、串扰等电气性能，而其板材和几何结构又影响制造成本，这种情况只能找一个折中值。而50Ω正是同轴线的传输功率、传输损耗以及制造成本的一个最佳平衡点。所以大多数高速信号都会采用50Ω特性阻抗系统，形成标准并沿用至今，成为使用最广泛的一种阻抗标准。比如常见的PCIE，其单端阻抗就是要求是50Ω。

　　这就是这个50Ω的由来，也是因为如此，示波器上才会有个50Ω阻抗档位。其作用就是用来匹配50Ω系统中的传输线。

　　四、计量检测示波器的负载效应

　　有朋友可能会有疑惑，按上面的论述，岂不是50Ω的匹配比1MΩ的匹配要好，那还要1MΩ阻抗干什么呢?这就涉及到了示波器的负载效应问题了。

　　相信大家都有这种经历，调试一个有问题的电路，想看看波形，结果接上探头电路就正常了，拿开探头电路就又出问题。这就是负载效应引起的。示波器本身是有输入阻抗的，用示波器测量的同时，也不得不将这部分阻抗并联到电路中。

　　先以示波器在1MΩ阻抗模式为例，其大致可以等效成是1MΩ和一个十几pF的电容并联在一起的形式。

　　这个1MΩ是示波器的规范。而电容是我们并不想要但是又不可避免的寄生参数。在DC和较低频时，1MΩ起到主导地位。而当频率超过10MHz以后，电容会成为主要的负载。由于这两个参数的引入，就会使得测量时的信号与原信号有差异，从而使测量结果出现误差。那么差异有多大呢，这也要取决于您的被测电路的输出电阻和负载。