为什么有时用差的信号源输出的方波更方？

时间： 2024-06-28 来源：鼎阳科技知乎

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在信号源输出方波的使用中我们经常会遇到方波信号“不标准”的问题，有时更换了一个更新更好的信号源，使用它输出一个方波后在同样的测试环境下反而感觉信号还“不如”原来的信号源，这是为什么呢？

主要是出现信号过冲问题。信号过冲一般指在信号数值发生转变的过程中，参数的瞬间值超过了稳态值，在上升沿中超过了稳态电压，在下降沿中则表现为低于稳态电压。

在过冲之后会伴随振铃的产生，信号会跌落到低于稳态值并反弹到高于稳态值，整个过程会持续一段时间直到信号稳定，振铃持续的时间为安定时间。

在信号传输过程中感受到阻抗的变化则会发生信号的反射，信号感受到阻抗变小时会发生负反射，反射的负电压使信号产生下冲，多次反射的结果就是信号振铃。

一、问题重现

回到开始的问题，使用SDG7102A与AFG3022B进行对比，两台信号源均输出10MHz 1Vpp的方波信号，并接入到200MHz带宽的示波器中，对信号进行观测，此时看似有着相同的测试环境，但在实际的测试中SDG7102A出现了过冲。

图1 SDG7102A输出10MHz 1Vpp方波

图2 AFG3022B输出10MHz 1Vpp方波

从图中可以看到SDG7102A过冲的情况较为严重，但AFG3022B输出的方波也存在部分失真的情况，上升沿与7102输出的方波相比较缓。

二、问题分析

此时需考虑是否为示波器带宽不足产生了截断以及阻抗不匹配的问题，信号源与传输线的阻抗需要一致并与负载阻抗保持一致。用来测量信号的TDS2024C并没有50Ω阻抗端只能使用1MΩ端进行测试，在测试信号发生器这种无载信号源时，信号本身并没有终端匹配电阻，我们采用1MΩ阻抗进行测量时会在传输线终端产生反射，从而干扰到测试信号，这时则需要50Ω电阻吸收掉传输线的信号以降低反射波强度，达到准确测量。

问题实际与示波器测试系统对信号的影响有关，所以除了示波器本身的阻抗档位，也与测试中使用到的线缆有关系。若使用夹子线缆进行测试，夹子本身并没有屏蔽层，在高频时造成的影响较大，测出来的结果也与使用同轴线缆进行测试时有着很大的差异。

图3 非高频线缆测试结果（左3022，右7102）

图4 高频线缆测试结果（左3022，右7102）

如图所示是不同线缆的测试结果，可以看到使用高频线缆进行测试时两者的测试结果相近。之前过冲的出现与阻抗不匹配相关，也可能与使用少于合适数目的频率成分来描述信号有关，测量系统不可能测量无穷的频率带宽，一个方波信号应包含无穷的谐波成分，但在测试时是不可能测量到无穷的谐波频率成分的，信号总会出现频率截断。查询两个信号源的方波输出数据可以得到：

图5 AFG3022B方波数据

图6 SDG7102A方波数据

两个信号源输出方波的上升时间相差在十倍以上，越多次谐波合成时方波的上升时间也越短，同时越接近理想方波，显然7102参与合成的方波的高次谐波更多，受到高频的影响也更大，这也是为什么两者设置频率均为10M，结果却有着较大的差异，发生频率截断时有着更快上升沿的7102受到的影响也更大。

三、总结

在遇到诸如过冲这类信号完整性问题时，可以先检查测量系统与待测信号的阻抗匹配问题，遇到不同源间测试差异时，可以先比对两者构建波形时在数据上是否存在差异，以及测量系统对其的影响程度。

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