熟悉示波器的朋友可能都會有過這樣的困惑：輸入阻抗有1MΩ和50Ω兩種，我們到底該如何選擇呢,？

一,、傳輸線

想要講清楚50Ω的由來,，我們需要先講一下傳輸線。電信號實際上是以電磁波的形式在傳輸線中傳播的,。當傳輸線的尺寸不再遠小于電磁波波長時,，就不得不考慮這個“波”的特性了。下圖是將一個窄脈沖施加到100m左右的終端短路的網(wǎng)線上時,，示波器在信號源端測量到的圖片,。可以在其上明顯看出有一個入射波和一個反射波,。

圖1

當入射波和反射波疊加在一起回發(fā)生什么呢,，您的方波信號信號可能就會成這樣。

圖2

二,、如何阻止信號反射呢,？

就像光要在水面才發(fā)生反射一樣，電信號也是在其傳輸介質(zhì)發(fā)生改變的時候才會發(fā)生反射,，為了避免傳輸線上發(fā)生反射,，就出現(xiàn)了均勻傳輸線，如PCB微帶線,，同軸線等,，他們介質(zhì)均勻，任何一點橫截面幾何結(jié)構(gòu)相同,，這樣就可以保證電信號不會在傳輸線內(nèi)發(fā)生反射了,。

但是信號一旦來到傳輸線終點，豈不是還是要發(fā)生反射么,？

其實只要保證信號的瞬時阻抗不變,，同樣也不會發(fā)生反射。瞬時阻抗就是電信號在傳輸線上某一點所受的阻抗,，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)均勻傳輸線的瞬時阻抗是個純阻性的,，與頻率無關(guān)，就像個電阻,，而且瞬時阻抗只與傳輸線的幾何結(jié)構(gòu)和填充材料有關(guān),，所以又叫做特性阻抗。既然瞬時阻抗像電阻,，那我們就給負載并聯(lián)一個電阻,，讓其阻值和特性阻抗相等，這樣信號就不會反射回來,，而是被電阻吸收。您的電路也就清凈了,。這種方法叫做終端匹配,。

三,、著名的50Ω

特性阻抗大小會影響信號傳輸功率、傳輸損耗,、串擾等電氣性能,，而其板材和幾何結(jié)構(gòu)又影響制造成本，這種情況只能找一個折中值,。而50Ω正是同軸線的傳輸功率,、傳輸損耗以及制造成本的一個最佳平衡點。所以大多數(shù)高速信號都會采用50Ω特性阻抗系統(tǒng),，形成標準并沿用至今,，成為使用最廣泛的一種阻抗標準。比如常見的PCIE,，其單端阻抗就是要求是50Ω,。

這就是這個50Ω的由來，也是因為如此,，示波器上才會有個50Ω阻抗檔位,。其作用就是用來匹配50Ω系統(tǒng)中的傳輸線。

四,、示波器的負載效應

有朋友可能會有疑惑,，按上面的論述，豈不是50Ω的匹配比1MΩ的匹配要好,，那還要1MΩ阻抗干什么呢,？這就涉及到了示波器的負載效應問題了。

相信大家都有這種經(jīng)歷,，調(diào)試一個有問題的電路,，想看看波形，結(jié)果接上探頭電路就正常了,，拿開探頭電路就又出問題,。這就是負載效應引起的。示波器本身是有輸入阻抗的,，用示波器測量的同時,，也不得不將這部分阻抗并聯(lián)到電路中。

先以示波器在1MΩ阻抗模式為例,，其大致可以等效成是1MΩ和一個十幾pF的電容并聯(lián)在一起的形式,。

圖3

這個1MΩ是示波器的規(guī)范。而電容是我們并不想要但是又不可避免的寄生參數(shù),。在DC和較低頻時,，1MΩ起到主導地位。而當頻率超過10MHz以后，電容會成為主要的負載,。由于這兩個參數(shù)的引入,，就會使得測量時的信號與原信號有差異，從而使測量結(jié)果出現(xiàn)誤差,。那么差異有多大呢,，這也要取決于您的被測電路的輸出電阻和負載。就按上圖的例子來說,。根據(jù)戴維寧定理,，可變?yōu)椋?br/>

圖4

可知原信號為；,；低頻信號的差異主要是戴維寧輸出電阻Re與1MΩ的分壓決定,，而高頻時，則需要再加上Re與16pF容抗的分壓,。

經(jīng)計算可知,，如果Re的值是10Ω，而信號的頻率是200MHz,，則示波器的負載效應會造成-0.2dB左右的偏差,。而如果您系統(tǒng)的Re是25Ω，那么這個偏差會達到-1dB,。所以如果測量高頻信號,，建議使用10:1無源探頭進行測量，因為其寄生電容要比示波器低,，通常只有9pF左右的寄生電容,。而1:1無源探頭通常會有60pF的寄生電容，不能用于測量高頻信號,。如果10:1探頭仍然不能滿足您的需求,，就要選擇寄生電容更小的高頻有源探頭進行測量了。

如果使用50Ω阻抗檔位進行測量會如何呢,？

以Re是25Ω為例,，信號將從直流開始就被衰減，而且衰減超過-3dB,。這時信號就已經(jīng)被判定為失真了,。所以示波器進行50Ω匹配后就不能繼續(xù)以一個旁觀者的身份對系統(tǒng)進行測試了。當被測源是一個無載信號源（比如信號發(fā)生器）,，這個信號本身并沒有終端匹配電阻,，如果我們采用1MΩ阻抗或者探頭進行測量，就會在傳輸線終端產(chǎn)生反射,，從而干擾到測量信號,，而這時就需要采用50Ω阻抗檔位，示波器內(nèi)部的50Ω電阻可以吸收掉傳輸線的信號，讓反射波降到最小,，從而對信號進行準確測量,。測試示意圖如下圖所示。

圖5

五,、示波器測量與50Ω相關(guān)的注意事項

1MΩ阻抗和50Ω阻抗檔位的設(shè)計出發(fā)點是不同的，1MΩ檔位的出發(fā)點是為了讓示波器擁有較小的負載效應,，可以“安安靜靜的”做個旁觀者,。而50Ω檔位則是為了消除傳輸線上的信號反射，將傳輸線影響降到最低,。選擇何種阻抗檔位,，需要根據(jù)實際測量情況而定：

1、當被測信號是一個無負載信號（如信號發(fā)生器）,，且采用50Ω特性阻抗同軸電纜與示波器相連接時,，則需要使用50Ω阻抗檔位。

2,、當被測信號是一個板載信號,，有自己完整的終端接收系統(tǒng)時，則需要使用1MΩ阻抗檔位直接測量或者使用探頭測量,。

3,、配合探頭測量時，需要注意無源探頭都需要使用1MΩ阻抗檔位,，有源探頭則需要根據(jù)探頭要求進行匹配,，一般來說高頻探頭要求50Ω阻抗檔位，低頻探頭要求1MΩ阻抗檔位,。

4,、使用無源探頭時需要注意，1:1探頭通常只有6MHz的帶寬,。想要更高頻率,，需要選用帶衰減的無源探頭。