前言

在信号源输出方波时，我们经常会遇到输出方波信号“不标准”的问题，这个问题很多时候可以通过更换更好的信号源来解决。

但奇怪的是，在某些场合下，更新更好的信号源输出的方波却还不如之前的方波，新的方波出现了严重的过冲和振铃，远达不到我们的预期，这到底是为什么呢？

01 问题重现

为了还原这个问题，我们使用一个最高输出频率为1GHz的信号源A与一个最高输出频率为25MHz的信号源B进行对比。

设置两台信号源输出10MHz 1Vpp的方波信号，接入到一台带宽为200MHz的入门级示波器中，并对信号进行观测。按照我们的设想，A信号源的方波应该能有比较完美的表现，而B信号源则可能会有一定程度的失真。

但结果出乎我们的预料，性能更强劲的信号源A所发出的方波产生了严重的过冲和振铃，仅看示波器显示的波形而言，甚至不能说对B产生的方波有明显优势。

A信号源 

B信号源

02 问题分析

面对这样的问题，我们首先可以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，而用来测量信号的示波器由于只是入门级示波器，并没有50Ω阻抗端，只能使用1MΩ端进行测试，而这会在传输线终端产生反射，从而干扰到测试信号。

我们可以为示波器增加50Ω的阻抗匹配器，以降低反射波强度，达到准确测量。

此外，示波器测试系统对信号的影响也会导致这类问题。所以除了示波器本身的阻抗档位，也应该关注测试中使用到的线缆。如果测试时是使用的夹子线缆，夹子本身并没有屏蔽层，就会在高频时造成较大影响，在这种情况下，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。

A信号源结果

B信号源结果

使用非高频线缆测试

A信号源结果

B信号源结果

使用高频线缆测试

如上图所示，线缆对测试结果影响显著，所以可以得出结论，之前过冲的出现确实与阻抗不匹配相关。

在这里，我们可以额外再思考一个点：此次测量问题，可不可能与没有输出合适数目的频率成分来描述信号有关呢？毕竟，信号源无法输出到无穷的谐波频率成分，一个方波信号包含谐波成分却是，所以信号源输出信号总会出现频率截断。而越高端的仪器，输出的方波高频分量就越多。

为了验证这个猜想，我们分别查阅了A信号源和B信号源的数据手册，

A信号源数据手册

B信号源数据手册

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A信号源参与合成的方波的高次谐波更多。高次谐波越多，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信号源A受到的影响也更大。

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。

关键词:鼎阳

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来 源：鼎阳硬件智库

编辑：流川

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