前言

在信號(hào)源輸出方波時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)遇到輸出方波信號(hào)“不標(biāo)準(zhǔn)”的問題，這個(gè)問題很多時(shí)候可以通過更換更好的信號(hào)源來解決。

但奇怪的是，在某些場合下，更新更好的信號(hào)源輸出的方波卻還不如之前的方波，新的方波出現(xiàn)了嚴(yán)重的過沖和振鈴，遠(yuǎn)達(dá)不到我們的預(yù)期，這到底是為什么呢？

01 問題重現(xiàn)

為了還原這個(gè)問題，我們使用一個(gè)最高輸出頻率為1GHz的信號(hào)源A與一個(gè)最高輸出頻率為25MHz的信號(hào)源B進(jìn)行對比。

設(shè)置兩臺(tái)信號(hào)源輸出10MHz 1Vpp的方波信號(hào)，接入到一臺(tái)帶寬為200MHz的入門級(jí)示波器中，并對信號(hào)進(jìn)行觀測。按照我們的設(shè)想，A信號(hào)源的方波應(yīng)該能有比較完美的表現(xiàn)，而B信號(hào)源則可能會(huì)有一定程度的失真。

但結(jié)果出乎我們的預(yù)料，性能更強(qiáng)勁的信號(hào)源A所發(fā)出的方波產(chǎn)生了嚴(yán)重的過沖和振鈴，僅看示波器顯示的波形而言，甚至不能說對B產(chǎn)生的方波有明顯優(yōu)勢。

A信號(hào)源 

B信號(hào)源

02 問題分析

面對這樣的問題，我們首先可以考慮是否為示波器帶寬不足產(chǎn)生了截?cái)嘁约白杩共黄ヅ涞膯栴}。

信號(hào)源與傳輸線的阻抗需要一致并與負(fù)載阻抗保持一致，而用來測量信號(hào)的示波器由于只是入門級(jí)示波器，并沒有50Ω阻抗端，只能使用1MΩ端進(jìn)行測試，而這會(huì)在傳輸線終端產(chǎn)生反射，從而干擾到測試信號(hào)。

我們可以為示波器增加50Ω的阻抗匹配器，以降低反射波強(qiáng)度，達(dá)到準(zhǔn)確測量。

此外，示波器測試系統(tǒng)對信號(hào)的影響也會(huì)導(dǎo)致這類問題。所以除了示波器本身的阻抗檔位，也應(yīng)該關(guān)注測試中使用到的線纜。如果測試時(shí)是使用的夾子線纜，夾子本身并沒有屏蔽層，就會(huì)在高頻時(shí)造成較大影響，在這種情況下，測出來的結(jié)果也與使用同軸線纜進(jìn)行測試時(shí)有著很大的差異。

A信號(hào)源結(jié)果

B信號(hào)源結(jié)果

使用非高頻線纜測試

A信號(hào)源結(jié)果

B信號(hào)源結(jié)果

使用高頻線纜測試

如上圖所示，線纜對測試結(jié)果影響顯著，所以可以得出結(jié)論，之前過沖的出現(xiàn)確實(shí)與阻抗不匹配相關(guān)。

在這里，我們可以額外再思考一個(gè)點(diǎn)：此次測量問題，可不可能與沒有輸出合適數(shù)目的頻率成分來描述信號(hào)有關(guān)呢？畢竟，信號(hào)源無法輸出到無窮的諧波頻率成分，一個(gè)方波信號(hào)包含諧波成分卻是，所以信號(hào)源輸出信號(hào)總會(huì)出現(xiàn)頻率截?cái)唷６礁叨说膬x器，輸出的方波高頻分量就越多。

為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，我們分別查閱了A信號(hào)源和B信號(hào)源的數(shù)據(jù)手冊，

A信號(hào)源數(shù)據(jù)手冊

B信號(hào)源數(shù)據(jù)手冊

兩個(gè)信號(hào)源輸出方波的上升時(shí)間相差在十倍以上，越多次諧波合成時(shí)方波的上升時(shí)間也越短，同時(shí)越接近理想方波，顯然A信號(hào)源參與合成的方波的高次諧波更多。高次諧波越多，受到高頻的影響也更大，這也是為什么兩者設(shè)置頻率均為10M，結(jié)果卻有著較大的差異，發(fā)生頻率截?cái)鄷r(shí)有著更快上升沿的信號(hào)源A受到的影響也更大。

總結(jié)

在遇到諸如過沖這類信號(hào)完整性問題時(shí)，可以先檢查測量系統(tǒng)與待測信號(hào)的阻抗匹配問題，遇到不同源間測試差異時(shí)，可以先比對兩者構(gòu)建波形時(shí)在數(shù)據(jù)上是否存在差異，以及測量系統(tǒng)對其的影響程度。