信号源输出负载.docxVIP

【现象】 在评估MAX11046的板卡时，发现一个问题：AD采样后量化的幅度比信号源提供的幅度大一倍。经过查找相关资料，解释这个现象背后的问题。 评估板的测试环境很简单，如下图所示。信号发生器产生正弦波或者直流电平，连接到demo板进行AD采样，将采样结果输出到电脑显示。当设置DC电平为2V时，发现AD采样的信号对应了4V，是信号发生器设置电平的2倍。 【分析】 经过查看多种资料，将这一现象的解释梳理如下： 首先，信号发生器上设置的幅度值，究竟是什么位置的呢？信号发生器可以看做是一个理想电压源 加 一个内阻构成，内阻一般为50欧姆，也称为输出阻抗。而信号发生器的设置电压值并不完全是这个理想电压源的量值，而与设置的负载形式有关。准确的说，信号发生器的设置电压值，是如下图所示的VDisplay位置的电压值。其中R0为内阻，RLOAD为负载电阻。 其次，信号源的负载电阻是真实存在的吗？该实验中使用的信号发生器AFG3251的输出菜单中，有“负载阻抗”的设置，如下图所示。负载阻抗可以设置为50Ω，装入和高阻抗三种模式，其中装入模式下可以调节负载在10Ω-10kΩ直接变化。按照对现有资料的理解，信号源的负载电阻并不是一种真实存在，而是计算内部电压源电压的一种手段。 如果设置信号源的负载阻抗为50Ω，则与内阻R0数值一致，内部电压源的电压V在R0和RDisplay上平均分配。若设置信号源的输出幅度为2V，则内部电压源的电压V=2*VDisplay=4V。 如果设置信号源的负载阻抗为高阻抗，则远大于内阻R0的数值。内部电压源的电压V几乎全部加在负载上。若设置信号源的输出幅度为2V，则内部电压源的电压V=VDisplay=2V。 如果设置信号源的负载阻抗为100Ω，则根据欧姆定律，内部电压源的电压V在R0和RDisplay上按比例分配。若设置信号源的输出幅度为2V，则内部电压源的电压V=VDisplay/(RLOAD/(R0+RLOAD))=2/(2/3)=3V。 最后，我们来理解一下这个问题的现象。 信号源默认的输出负载为“装入 50Ω”，因此内部电压源的数值为2倍的设定数值，比如设定了2V，则V=4V。当信号源连接芯片的输入管脚（一般芯片管脚的输入阻抗很高，看做高阻），此时内部电压源的电压几乎全部加在这个管脚上，也就是4V。当信号源在此配置下，连接示波器的查看波形，如果示波器的匹配处设置为1MΩ，那么看到的信号幅度也为4V。但当示波器的匹配设置为50欧姆时，波形幅度将为2V。 如果把信号源的输出负载更改为“高阻抗”，此时内部电压源的数值等于设定值，比如设定了2V，则V=2V。因此连接外部芯片管脚后，检测到的电压就为2V。如果连接示波器，示波器配置匹配为1MΩ时显示为2V，示波器配置为50Ω时显示为1V。 如果把信号源的输出负载更改为其他值时，那么先根据设定值计算内部电压源的电压V，然后再根据实际连接的负载计算负载上分得的电压具体是多少。。 【总结】 先计算出信号源内部电压源的电压，然后再根据负载情况计算负载上的电压时多少。 信号源的负载电阻设置的与实际的负载值一致，才能保证信号源设置值与加到负载上的电压值一致。 在使用信号源时，一定要记得根据负载的电阻更改信号源的电阻配置。这样就不用再进行数值的转换了。 信号源的输出阻抗可配，也就是为了跟实际负载相一致。 【一个典型例子】 也就是前些天接到的一位仁兄电话。他在测试时,需要一个5Vpp, 1KHz的正弦波,?很自然的，他想到了安捷伦33220A函数发生器，在设置好波形参数后，满怀希望的跑去测试。结果发现他的系统工作异常,他用示波器观察系统两端的电压,测量到的值大概是6Vpp,?用万用表测试,?还是同样的情况,后来他又更换了函数发生器，发现情况依旧，他百思不得其解。 在了解他的情况后，发现他的系统输入阻抗为75欧姆，33220A默认设置的输出阻抗为50欧姆，这也是问题所在。 去通常函数发生器内部具有一个固定串联输出阻抗，它与负载电阻构成了一个分压器。?如图1。Rl就是负载阻抗，Vmeasured?就是我们用示波器测量到的电压值，Vdisplay就是波形发生器先生的峰峰值。?V就是波形发生器实际的发生电压。对于?50Ω的输出和输入，可按以下公式计算负载Rl上的电压： ??Vmeasured=?V* Rl/(50+Rl), 这里V=2*Vdisplay，或 Vmeasured=2Vdisplay*Rl/（50+Rl）， 图1；波形发生器内部 在这个例子中，其系统的阻抗是75欧姆，通过公式可以得到系统两端的电压为2*5*75/(75+50)=6Vpp，这也就是为什么他用示波器观测到系统两端的电压是6Vpp了。最后,这位仁兄把33220A的输出阻抗设置为75欧姆后,系统两端就可以得到正确的5Vpp电压