显示 16 MHz 方波的廉价示波器

电器工程 示波器
2022-01-27 01:35:15

我拥有一台便宜的示波器 Hantek DSO4102C。它的额定带宽为 100 MHz,采样率为 1 GSa/s。有关该工具的一些信息可以在这里找到:http: //hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
现在我有一个 Atmega328P MCU,它从外部石英以 16 MHz 运行,没有任何代码(芯片被 usbasp 擦除),只有 CKOUT 熔丝位被设置。所以我应该在 PB0 引脚看到一个方波,但我的示波器显示它非常失真:
MCU 的数据表没有提到引脚上升时间,这对我来说是一个很大的惊喜,所以我无法检查测量的 9.5 ns 是否有效价值。但从 Pk-Pk 电压超过 6 伏(甚至低于零以达到 560 mV)来判断,我相信示波器存在问题。我对吗?

稍后添加,在获得一些建议后, 我将所有东西都组装在面包板上,而不是使用 Arduino Uno。我已经通过面包板将接地夹从示波器连接到 ATMega 的接地引脚。我直接在输出引脚上测量(见下面我的布局照片)。现在我得到了更好的结果,同样使用 20 MHz 振荡器。 显然,Pk-Pk 值现在更接近现实,以及信号形状。所以感谢大家的帮助!16兆赫 20兆赫 面包板上的布局

4个回答

我认为范围有问题。我对吗?

不要这么想。使用高阻抗探头测量快速沿信号时,过冲是一种完全正常的现象。(此外,这些信号看起来和我预期的一样尖锐。)

有很多关于感应高速信号的教程:这是阅读的最佳时机!

哦,还有吉布的现象,它说任何对理论上完美(或远不那么带限)边缘的带限观察都会有大约 9% 的过冲;为了理解这一点,我建议查看方波的余弦级数表示,并考虑当你摆脱任何高于 5×16 MHz(=方波的基频)的东西时你会切断什么。

请记住,如果您有一个带有完美 16MHz 方波的 100MHz 砖墙滤波器(理想情况),您将看到的唯一谐波是 1 (16MHz)、3 (48MHz) 和 5 (80MHz)。这是一个理想的情况,但是如果您进行计算,您会发现结果与您所看到的相差不远。

当然,在非理想情况下,探头加载和补偿会产生进一步的失真效果,并且波形一开始不会是完美的方形。

Marcus Müller提到了Gibbs 现象,它会在带宽受限的信号中产生振铃伪影,Cristobol Polychronopolis提到您的 100 MHz 带宽将降低 16 MHz 信号中超过三分之一的谐波幅度。

为简单起见,并且只是为了了解波形发生了什么,我们可以绘制 Cristobol仅前三个谐波的理想情况:

sin(x) + sin(3x)/3 + sin(5x)/5

请注意,如果给定方波,这是具有完美 100 MHz 砖墙滤波器的完美示波器所显示的内容。所以不,当您看到波形中的振铃时,您的示波器并没有损坏:它显示的是在探头和模拟前端引入的失真以及数字化之前的不完善滤波之后所看到的内容。

这是您需要学习处理的事情:每当您使用示波器检查电路时,它会改变(希望不要太多)电路中该点的波形,然后在探头尖端和示波器之间发生进一步的失真展示。由于您无法避免这种情况,因此在使用示波器时,特别是在相对高频的电路上,必须很好地了解可能发生的失真。

除了上面提到的探头补偿和探头选择之外,来自以标称速度运行的 IC 的 16MHz 信号在上升时间上并不总是那么快,以至于看起来像一个完美的方波。为此,您必须使用完全能够处理 100MHz 范围内信号的输出级。将像 MCU 这样的 IC 设计得尽可能快,只会浪费功率并产生 EMC 问题。