在許多不同的應(yīng)用中，工程師經(jīng)常面臨驗(yàn)證、調(diào)試或分析數(shù)字信號(hào)行為的挑戰(zhàn)。 數(shù)字信號(hào)是由一系列具有高頻正弦分量的模擬信號(hào)所疊加而成，并形成具有區(qū)分?jǐn)?shù)字值的邊緣。 測量這些信號(hào)的挑戰(zhàn)是，如果沒有仔細(xì)地理解和考慮測量的各個(gè)方面而進(jìn)行較為簡單的測量，則提供的結(jié)果可能不正確。

本文討論了在典型數(shù)字子系統(tǒng)中測量高頻數(shù)字信號(hào)的基本原理，以及如何獲得最佳、最可靠的結(jié)果來分析系統(tǒng)的信號(hào)完整性。

假設(shè)

由于完全理解數(shù)字系統(tǒng)知識(shí)量需要大量的知識(shí)，本文假設(shè)您熟悉以下概念：數(shù)字信號(hào)、阻抗匹配、傳輸線、數(shù)字信號(hào)端接和示波器。 此外，假定所有互連(電纜)都具有50Ω特性阻抗。

測量數(shù)字系統(tǒng)信號(hào)完整性的基礎(chǔ)知識(shí)

為了介紹測量數(shù)字系統(tǒng)信號(hào)完整性的概念，我們將評估一個(gè)基本的數(shù)字信號(hào)測量，如同示波器是系統(tǒng)的一部分一樣。 這意味著數(shù)字線路的輸出通過附件直接連接到示波器：

圖1：示波器與數(shù)字儀器的數(shù)字輸出串聯(lián)。 兩個(gè)儀器通過VHDCI轉(zhuǎn)SMB接線盒相連接。 這種常見情況可用于驗(yàn)證附件端子輸出端的信號(hào)完整性。

在本例中，示波器位于傳輸線的末端，這意味著信號(hào)與示波器端接。 示波器如果采用1MΩ端接，則意味著方波信號(hào)將完全反射回發(fā)射器。如果使用50Ω端接，將不存在任何反射信號(hào)，同時(shí)示波器感測到的電壓減半。 這種電壓降是由于當(dāng)交流信號(hào)通過50Ω特性阻抗電纜到達(dá)發(fā)射器處的50Ω源阻抗時(shí)，會(huì)形成50Ω的分壓器電路。

圖2：圖1裝置的示意圖。

得到的測量結(jié)果將準(zhǔn)確顯示待測件(UUT)所接收到的傳輸線末端數(shù)字信號(hào)。下面是各種不同的探測應(yīng)用場景。

使用并行連接的示波器測量數(shù)字信號(hào)完整性

一個(gè)更復(fù)雜的場景是在示波器沒有端接信號(hào)時(shí)嘗試測量數(shù)字信號(hào)的完整性。在這種場景中，由數(shù)字儀器生成方波輸入到待測件中，我們希望示波器探針與數(shù)據(jù)傳輸并行連接，以便在信號(hào)通過傳輸線介質(zhì)傳播時(shí)查看信號(hào)：

圖3：系統(tǒng)上示波器探針測量簡圖。探針并聯(lián)連接，以便在信號(hào)通過傳輸線時(shí)觀察數(shù)字系統(tǒng)。

在這種情況測量數(shù)字信號(hào)時(shí)，需要考慮兩個(gè)主要因素：手持式探針對電路的影響和位置。 在并聯(lián)配置下使用探針測量數(shù)字信號(hào)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析和理解探針連接到電路后輸入阻抗、電容和電感的變化。 例如，具有高輸入電容的無源探針可能會(huì)濾除信號(hào)中的較高頻率分量(舍入誤差、減慢邊緣過渡)，導(dǎo)致信號(hào)失真。 如果探針會(huì)大幅增大電容且導(dǎo)致信號(hào)失真，則可以考慮使用有源探針。 此外，接地線會(huì)使電路電感增大，這也可能導(dǎo)致信號(hào)的邊緣過渡較為緩慢。 理想的接地線很短，應(yīng)盡可能連接到靠近探測信號(hào)的地方，以盡量避免電感回路的產(chǎn)生。

確定此裝置中探測數(shù)字信號(hào)的位置時(shí)，有幾點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)可以幫助您了解如何獲取最佳結(jié)果以及裝置如何根據(jù)傳輸線中的探針位置進(jìn)行更改：