Как выполняется «обратная нагрузка» 50 Ом на линии зонда осциллографа?

При зондировании высокочастотных сигналов стандартный способ допустить произвольную длину кабеля между тестируемым устройством (ИУ) и осциллографом состоит в том, чтобы сделать осциллограф 50°.$\Omega$входное сопротивление и используйте 50$\Omega$кабель.

В идеальном мире этого будет достаточно. Поскольку кабель подключен к прицелу правильно, отражения от прицела не возникнут, поэтому никакие отражения не вернутся к ведомому концу кабеля. На входе кабеля будет 50$\Omega$нагрузка на измеряемое устройство. Мы можем управлять этим грузом так, как нам нравится.

Однако в реальном мире и прицел, и кабель имеют допуск, и некоторое отражение будет. На очень высоких частотах это может быть довольно большим. Делаем привод к кабелю примерно 50$\Omega$поглощает все, что возвращается, значительно улучшая частотную характеристику.

Самый «аккуратный» способ сделать это — организовать для тестируемого устройства 50$\Omega$выходное сопротивление к разъему. Если источник сигналов имеет низкий импеданс, как, например, выход источника питания, то серия 50$\Omega$резистор подойдет. Если коннектором пользоваться не удобно, то припаяйте 50$\Omega$в линию на конце кабеля.

Зная, что я делал с согласованием, я был удивлен, когда в первый же день в лаборатории микроволнового излучения мне показали, как они исследуют схемы. А 50$\Omega$кабель, с 470$\Omega$угольный резистор припаян к концу. Это был датчик -20 дБ.

Помните, я сказал, что вход кабеля, правильно подключенного к прицелу, выглядит как 50$\Omega$. 470$\Omega$Резистор, включенный последовательно с этим, дает примерно 10: 1 или -20 дБ потенциометра. Его не нужно сопоставлять на отправляющем конце. Если бы это было так, у него была бы более ровная частотная характеристика, но еще 50$\Omega$Резистор на конце пробника усложнил бы пробник (очевидно, заземление кабеля заземлено на цепь в «той же» точке, размер имеет значение!), а также уменьшил бы сигнал или увеличил нагрузку цепи для того же датчика. Для большинства измерений он был достаточно плоским, и это была правильная цена!

Позвольте мне использовать немного другой подход. Как заявил Neil_UK, ненагруженная линия передачи будет создавать отражения на стороне нагрузки, когда она управляется сигналом переменного тока. Чтобы избавиться от них, необходимо согласовать источник и нагрузку с волновым сопротивлением линии передачи (кабеля). Есть два простых способа сделать это. Первый (и наиболее распространенный) — это параллельное подключение или оконечная нагрузка. Это делается путем установки терминатора на нагрузочном конце кабеля, например

^{смоделируйте эту схему — схема, созданная с помощью CircuitLab.} Обратите внимание, что все напряжение сигнала появляется на согласующем/нагрузочном резисторе. Глядя на выходную мощность источника питания, это может быть не слишком хорошей идеей. Например, 12-вольтовый источник питания будет рассеивать почти 3 Вт на нагрузке 50 Ом.

Есть, как я указал, еще один способ. Это называется последовательностью или обратным окончанием, и выглядит так:

^{смоделируйте эту схему}

Для достижения наилучших результатов требуется бесконечный нагрузочный резистор. Поскольку это инженерное дело, а совершенство здесь неприменимо, будет работать любая нагрузка, превышающая импеданс кабеля более чем в 10 раз. Лучше, конечно, больше. Если используется 10-кратный нагрузочный резистор, вы, очевидно, получите снижение сигнала на 10%, но обычно это незначительно.

Это имеет значительное преимущество, заключающееся в том, что, поскольку сопротивление нагрузки очень велико, потребляется не так много мощности постоянного тока, и в этом случае важны высокочастотные сигналы переменного тока.

Абсолютно наилучшие результаты достигаются при одновременном использовании обоих методов, последовательного и параллельного подключения, и большинство высокоскоростных генераторов функций будут использовать это. Чтобы увидеть это, возьмите генератор функций и подключите его к осциллографу. Теперь переключите осциллограф на вход 50 Ом или поместите нагрузку 50 Ом на выход, и выход упадет вдвое. Он действительно снижает сигнал на 50%, но если вы знаете об этом заранее, вы можете это компенсировать.