前言

在信號源輸出方波時，我們經常會遇到輸出方波信號“不標準”的問題，這個問題很多時候可以通過更換更好的信號源來解決。

但奇怪的是，在某些場合下，更新更好的信號源輸出的方波卻還不如之前的方波，新的方波出現了嚴重的過沖和振鈴，遠達不到我們的預期，這到底是為什么呢？

01 問題重現

為了還原這個問題，我們使用一個最高輸出頻率為1GHz的信號源A與一個最高輸出頻率為25MHz的信號源B進行對比。

設置兩臺信號源輸出10MHz 1Vpp的方波信號，接入到一臺帶寬為200MHz的入門級示波器中，并對信號進行觀測。按照我們的設想，A信號源的方波應該能有比較完美的表現，而B信號源則可能會有一定程度的失真。

但結果出乎我們的預料，性能更強勁的信號源A所發出的方波產生了嚴重的過沖和振鈴，僅看示波器顯示的波形而言，甚至不能說對B產生的方波有明顯優勢。

A信號源 

B信號源

02 問題分析

面對這樣的問題，我們首先可以考慮是否為示波器帶寬不足產生了截斷以及阻抗不匹配的問題。

信號源與傳輸線的阻抗需要一致并與負載阻抗保持一致，而用來測量信號的示波器由于只是入門級示波器，并沒有50Ω阻抗端，只能使用1MΩ端進行測試，而這會在傳輸線終端產生反射，從而干擾到測試信號。

我們可以為示波器增加50Ω的阻抗匹配器，以降低反射波強度，達到準確測量。

此外，示波器測試系統對信號的影響也會導致這類問題。所以除了示波器本身的阻抗檔位，也應該關注測試中使用到的線纜。如果測試時是使用的夾子線纜，夾子本身并沒有屏蔽層，就會在高頻時造成較大影響，在這種情況下，測出來的結果也與使用同軸線纜進行測試時有著很大的差異。

A信號源結果

B信號源結果

使用非高頻線纜測試

A信號源結果

B信號源結果

使用高頻線纜測試

如上圖所示，線纜對測試結果影響顯著，所以可以得出結論，之前過沖的出現確實與阻抗不匹配相關。

在這里，我們可以額外再思考一個點：此次測量問題，可不可能與沒有輸出合適數目的頻率成分來描述信號有關呢？畢竟，信號源無法輸出到無窮的諧波頻率成分，一個方波信號包含諧波成分卻是，所以信號源輸出信號總會出現頻率截斷。而越高端的儀器，輸出的方波高頻分量就越多。

為了驗證這個猜想，我們分別查閱了A信號源和B信號源的數據手冊，

A信號源數據手冊

B信號源數據手冊

兩個信號源輸出方波的上升時間相差在十倍以上，越多次諧波合成時方波的上升時間也越短，同時越接近理想方波，顯然A信號源參與合成的方波的高次諧波更多。高次諧波越多，受到高頻的影響也更大，這也是為什么兩者設置頻率均為10M，結果卻有著較大的差異，發生頻率截斷時有著更快上升沿的信號源A受到的影響也更大。

總結

在遇到諸如過沖這類信號完整性問題時，可以先檢查測量系統與待測信號的阻抗匹配問題，遇到不同源間測試差異時，可以先比對兩者構建波形時在數據上是否存在差異，以及測量系統對其的影響程度。