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示波器测量高速信号时的注意事项


  来源: 致远电子 时间:2018-12-05 编辑:思杨
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而当采用示波器进行测量时,由于示波器的输入电阻和寄生电容,会使得此时的等效电路图如下图所示:

 

图 6  探头接入等效示意图

 

可以看出,此时测量点电压为:V_out=V_sig×(R_L ||R_in ||(1/(C_in×s)))/(R_L ||R_in ||(1/(C_in×s))+R_s );

其中R_in为输入阻抗,C_in为寄生电容,s代表频率。可以看出,此时测试点的电压已经发生了变化,这导致了探头接入前后,信号本身已经发生了改变。通过公式可以看出,R_in越大,对信号影响越小。而1/(C_in×s)这项是寄生电容与测量信号频率的乘积的倒数,当测试信号频率越高,则这项的影响就越大,要想降低该项的影响,只能尽量降低寄生电容C_in的容值。

下图为×1探头的模型:

 

图 7  ×1探头模型图

 

由于探头一定要有一段线,否则将不方便测量,而且线的长度一般都会超过1米。这导致了其寄生电容非常大,大约为100pF左右。在测量高频信号时会产生了很大的负载效应。我们再来看一下×10的探头模型:

 

图 8  ×10探头模型图

 

可以看出,×10探头的输入电容C_in是10pF与后面电容的串联,按电容串联公式计算可知,C_in一定是小于10pF的,远小于×1探头的输入电容,且Rin已经增加到10MΩ。所以×10探头就有更小的寄生电容,更高的输入电阻,从而大大减小了探头的负载效应。

所以测量高速信号时,需要选择×10或者更高衰输入阻抗的探头。

 

三、接地方式的选择

传统的使用习惯上,示波器的接地方式就是那根长长的接地夹线。这种接地方式,确实是一种简单方便的接地方式,但是却并不是一种严谨的、准确的接地方式。

 

图 9  接地夹线示意图

 

由于地夹线比较长,其会形成一个寄生电感L_gnd,随着夹线的增长,这个电感也会增大,而这个回路电感会和示波器探头的输入电容C_in产生谐振。这就导致示波器的幅频特性变得不平坦,导致测量不准确。下图为使用接地夹时的等效电路。

 

图 10  接地夹线等效电路图

 

下图为用该等效电路仿真出的频谱特性曲线:

 

图 11  频谱特性曲线图

 

关键词:示波器 测试 信号    浏览量:1686

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