为什么示波器阻抗偏偏是1M和50欧?

2015-07-07 09:31:19   来源:elecfans   

关键字: 示波器  阻抗

  用过示波器的看官都会发现,带宽超过200M的示波器大多会有两种输入阻抗可供选择。一种是常见1MΩ,一种就是本文的主角50Ω。这个50Ω是做什么用的呢,输入阻抗不应该是越高越好么。接下来我们将一起来了解这个神秘的50Ω。

  传输线

  就像讲历史,不得不插一段军事理论课一样,想把我们的50Ω讲明白,那也不得不讲一下这个传输线了。众所周知,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。

  光在传输介质发生改变时会发生反射,电信号也一样。反射会带来什么呢,您的信号可能就会成这样。

为什么示波器阻抗偏偏是1M和50欧?

  图 1

  是不是整个人都不怎么好了。为了不让反射发生,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。但是问题又来了,送君千里,终须一别,传输线早晚还是要把信号交给信号的负载的。信号一旦来到传输线终点,岂不是还是要发生反射么。还好我们的电信号不像光那么矫情。只要保证她的瞬时阻抗不变,她也能将就一下不反射回去。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,让总阻值和特性阻抗相等,这样信号就不会有太大的反感,会屈尊降贵的传到负载中去而不会反射回来,您的电路也就清净了。这种方法叫做终端匹配。还有一种方法就是源端匹配,即在源端串入一个电阻,使其与信号源的输出电阻相加等于传输线的特性阻抗,这样就可以让反射波的负载与传输线阻抗相等,从而吸收反射波,不让其在传输线上撞来撞去。很多时候这两种匹配是同时用的。

  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,但是还没有解释示波器上为什么会有个50Ω,是为了防止信号反射么,是的,这确实是一个原因,但是除了这点,他还有着其他的意义。

  示波器的负载效应

  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。示波器在1MΩ阻抗模式下的等效模型比较复杂,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。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0707/article_12232.html
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