當你換懷疑你測試的信號是否是真實的信號波形的時候,應該從4個方面分析示波器對波形的劣化。
1.示波器探頭的對波形上升沿的影響
示波器測試的測試波形并不是實際波形,可能跟實際波形相差很大,而探頭在里面起到主要因素。因為它上面有很多寄生參數。
針對是串聯級聯的情況。而我們接觸的是探頭的帶寬這個參數。對于矩形波帶寬與上升沿有個轉換關系。
從公式上可以看出,用一個3倍是待測信號頻率帶寬的探頭,探頭的上升沿時間就已經等于被測信號的上升沿時間了。
假設100mhz的信號,測試一個33m的矩形波。上升沿時間為30ns,但是經過100m帶寬探頭示波器測試變成42ns。此時還沒有加上示波器本身的帶寬。
有些探頭的廠商標的是RMS帶寬,計算公式如下。
2 探頭接地環路的自感對波形的影響
示波器探頭等效電路圖
對于一般示波器探頭的接地線規格為awg24,接地環路為1*3in,電感大概是200nh,輸入電容10pf,時間常數
對于這種臨界阻尼電路,10%-90%上升沿時間是lc時間常數的3.4倍,也就是4.8ns。對于一個300mhz的探頭,上升沿時間為3.3ns,而3in的接地導線把上升沿時間劣化到4.8ns。
3 探頭對信號振鈴的影響
Q值的概念:存儲在電路中的總能量與每次震蕩消耗的能量之比。
Rs是信號源的內阻。
Q對信號頻率響應的影響
后面尖峰越高表示q值越大,振鈴約嚴重,在阻抗匹配的概念中也存在一個振鈴,如果信號源的輸出阻抗跟走線阻抗不匹配也出現振鈴,這其實是描述同一個問題從不同的角度。本質原因還是q值過大,引起的過阻尼震蕩。
另外如果信號的截止頻率要低于諧振頻率,即使q值很大(小于無窮大)或者說阻抗不匹配也不會引起問題。如果電路q值大而且信號速度快滿足這兩個條件,信號可能就出現問題。
對于矩形波信號
4接地環路測試到的串擾信號
a環路輸出信號和它的信號回流形成一個環路,根據右手螺旋定則形成變化的磁場是垂直于環路向外輻射,穿過示波器探頭和接地線形成的環路。
假設di/dt=1*10^7a/s.這也就是個開關電源開關電流1a,開關信號為10m。
根據圖示的假設計算兩個環路在空氣中的互感
這個電壓完全可以忽略,但是旁邊的干擾源如果是24bit的rgb信號,信號會相互疊加起來,就不小了,這不僅會影響測量信號其實也會同時影響電路上的其它信號,可能通過空氣也可能通過pcb介質。其實在現在pcb設計中會使用鋪銅,就有效的減小了信號回流面積。
不過利用這個原理圖可以制作一個簡易的磁場檢測器,把示波器的接地的夾子夾住探頭就形成一個環路,變化的磁感線穿過這個環路就感應出變化的電流變化的電流跟環路上的寄生電感就形成變化的電壓。可以把地線夾子去掉串一個大的電感上去可以提高靈敏度。
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原文標題:示波器上顯示的波形實際就是pcb電路上真實的波形嗎?
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