示波器測量高速信號時的注意事項

　　隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，通信信號頻率越來越高，信號質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)。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(xì)節(jié)沒有被注意，再貴的示波器也不見得測得準(zhǔn)!

　　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(rèn)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(yīng)。分別為把濾波器設(shè)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(yīng)。

　　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(zhǔn)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(jìn)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(guān)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(guān)鍵特性——負(fù)載效應(yīng)。

　　理想情況下，我們希望我們的測量設(shè)備的阻抗無窮大，這樣測試設(shè)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(shè)備的接入，會對被測系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響呢?假設(shè)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(dāng)采用示波器進(jìn)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