示波器输入阻抗选1MΩ还是50Ω的详细解析

熟悉示波器的朋友可能会有这样的困惑：输入阻抗有1MΩ和50Ω我们应该如何选择两种？

一、传输线

想要讲清楚50Ω我们需要先谈谈传输线。电信号实际上是以电磁波的形式在传输线中传输的。当传输线的尺寸不再远小于电磁波波长时，必须考虑波的特性。下图显示了将窄脉冲应用到100m在左右终端短路的网线上，示波器在信号源端测量的图片。有一个入射波和一个反射波。

当入射波和反射波叠加在一起时，你的方波信号可能是这样的。

如何防止信号反射？

就像光在水面上反射一样，当传输介质发生变化时，电信号也会反射。为了避免传输线上的反射，有均匀的传输线，如PCB微带线、同轴线等，介质均匀，任何横截面几何结构相同，保证电信号不会在传输线内反射。

但一旦信号到达传输线的终点，是否仍需反射？

事实上，只要信号的瞬时阻抗保持不变，就不会反射。瞬时阻抗是电信号在传输线上某一点的阻抗。研究发现，均匀传输线的瞬时阻抗是纯阻抗，与频率无关，就像电阻一样，瞬时阻抗只与传输线的几何结构和填充材料有关，因此也称为特性阻抗。由于瞬时阻抗像电阻，我们给负载并联一个电阻，使其电阻值等于特性阻抗，使信号不会反射，而是被电阻吸收。您的电路也就清净了。该方法称为终端匹配。

二、着名的50Ω

特性阻抗会影响信号传输功率、传输损耗、串扰等电气性能，其板材和几何结构会影响制造成本。在这种情况下，只能找到折中值。而50Ω它是同轴传输功率、传输损耗和制造成本的最佳平衡点。因此，大多数高速信号将使用50Ω特性阻抗系统，形成标准并沿用至今，已成为应用最广泛的阻抗标准。比如常见的PCIE，其单端阻抗要求为50Ω。

这就是这个50Ω的由来，也是因为如此，示波器上才会有个50Ω阻抗齿轮。其功能是匹配50Ω传输线在系统中。

3.示波器的负载效应

有些朋友可能会有疑问。按照上面的讨论，不是50吗？Ω的匹配比1MΩ匹配更好，那也是1MΩ什么是阻抗？这涉及到示波器的负载效应。

我相信每个人都有这样的经验，调试一个有问题的电路，想看看波形，结果连接到探头电路是正常的，打开探头电路是另一个问题。这是由负载效应引起的。示波器本身具有输入阻抗。在用示波器测量时，这部分阻抗必须并联到电路中。

一是示波器在1MΩ以阻抗模式为例，大致等效为1MΩ和一个十几pF电容并联。

这个1MΩ是示波器的标准。电容器是我们不想要但不可避免的寄生参数。在DC低频时，1MΩ发挥主导地位。而当频率超过10MHz电容将成为未来的主要负载。由于这两个参数的引入，测量信号与原始信号不同，导致测量结果出现误差。那么差异有多大，这也取决于你的输出电阻和被测电路的负载。以上图为例。根据戴维宁的定理，可变为：

从示意图上可以看出，低频信号的差异主要是戴维宁输出电阻Re与1MΩ分压决定，高频时需要加Re与16pF容抗分压。

如果后可以知道，如果Re的值是10Ω，信号的频率是2000MHz，示波器的负载效应会导致-0.2dB左右偏差。假如你的系统Re是25Ω，然后这个偏差会达到-1dB。因此，如果测量高频信号，建议使用10:1无源探头进行测量，因为寄生电容低于示波器，通常只有9pF寄生电容器左右。1:1无源探头通常有60个pF不能用寄生电容测量高频信号。若10:1探头仍不能满足您的需要，则应选择寄生电容较小的高频有源探头进行测量。

如果使用50Ω阻抗档位进行测量会如何呢？

以Re是25Ω例如，信号从直流开始衰减，衰减超过-3dB。此时，信号已被判定为失真。所以50个示波器Ω匹配后，系统不能作为旁观者继续测试。当被测源是一个无载信号源(比如信号发生器)，这个信号本身并没有终端匹配电阻，如果我们采用1MΩ测量阻抗或探头会在传输线终端反射，从而干扰测量信号，此时需要使用50Ω示波器内阻抗档位50Ω电阻可以吸收传输线的信号，尽量减少反射波，从而准确测量信号。如下图所示，下图所示。

四、示波器测量及50Ω相关注意事项

1MΩ阻抗和50Ω阻抗档的设计起点不同，1MΩ档位的出发点是使示波器具有较小的负载效应，可以安静成为旁观者。Ω档位是为了消除传输线上的信号反射，尽量减少传输线的影响。根据实际测量情况选择什么样的阻抗档位：

1、当被测信号是一个无负载信号(如信号发生器)，且采用50Ω当特性阻抗同轴电缆与示波器连接时，需要使用50Ω阻抗档位。

2.当被测信号是有自己完整终端接收系统的板载信号时，需要使用1MΩ直接测量阻抗档或使用探头测量。

3.配合探头测量时，需要注意使用无源探头1MΩ对于阻抗档，需要根据探头要求匹配有源探头。一般来说，高频探头需要50个Ω阻抗齿轮，低频探头要求1MΩ阻抗档位。

4.使用无源探头时应注意，1:1探头通常只有6个MHz带宽。为了提高频率，需要选择带衰减的无源探头。