熟悉示波器的朋友可能都會(huì)有過這樣的困惑：輸入阻抗有1MΩ和50Ω兩種，我們到底該如何選擇呢？

一、傳輸線

想要講清楚50Ω的由來，我們需要先講一下傳輸線。電信號(hào)實(shí)際上是以電磁波的形式在傳輸線中傳播的。當(dāng)傳輸線的尺寸不再遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)時(shí)，就不得不考慮這個(gè)“波”的特性了。下圖是將一個(gè)窄脈沖施加到100m左右的終端短路的網(wǎng)線上時(shí)，示波器在信號(hào)源端測(cè)量到的圖片?？梢栽谄渖厦黠@看出有一個(gè)入射波和一個(gè)反射波。

圖1

當(dāng)入射波和反射波疊加在一起回發(fā)生什么呢，您的方波信號(hào)信號(hào)可能就會(huì)成這樣。

圖2

二、如何阻止信號(hào)反射呢？

就像光要在水面才發(fā)生反射一樣，電信號(hào)也是在其傳輸介質(zhì)發(fā)生改變的時(shí)候才會(huì)發(fā)生反射，為了避免傳輸線上發(fā)生反射，就出現(xiàn)了均勻傳輸線，如PCB微帶線，同軸線等，他們介質(zhì)均勻，任何一點(diǎn)橫截面幾何結(jié)構(gòu)相同，這樣就可以保證電信號(hào)不會(huì)在傳輸線內(nèi)發(fā)生反射了。

但是信號(hào)一旦來到傳輸線終點(diǎn)，豈不是還是要發(fā)生反射么？

其實(shí)只要保證信號(hào)的瞬時(shí)阻抗不變，同樣也不會(huì)發(fā)生反射。瞬時(shí)阻抗就是電信號(hào)在傳輸線上某一點(diǎn)所受的阻抗，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)均勻傳輸線的瞬時(shí)阻抗是個(gè)純阻性的，與頻率無關(guān)，就像個(gè)電阻，而且瞬時(shí)阻抗只與傳輸線的幾何結(jié)構(gòu)和填充材料有關(guān)，所以又叫做特性阻抗。既然瞬時(shí)阻抗像電阻，那我們就給負(fù)載并聯(lián)一個(gè)電阻，讓其阻值和特性阻抗相等，這樣信號(hào)就不會(huì)反射回來，而是被電阻吸收。您的電路也就清凈了。這種方法叫做終端匹配。

三、著名的50Ω

特性阻抗大小會(huì)影響信號(hào)傳輸功率、傳輸損耗、串?dāng)_等電氣性能，而其板材和幾何結(jié)構(gòu)又影響制造成本，這種情況只能找一個(gè)折中值。而50Ω正是同軸線的傳輸功率、傳輸損耗以及制造成本的一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。所以大多數(shù)高速信號(hào)都會(huì)采用50Ω特性阻抗系統(tǒng)，形成標(biāo)準(zhǔn)并沿用至今，成為使用最廣泛的一種阻抗標(biāo)準(zhǔn)。比如常見的PCIE，其單端阻抗就是要求是50Ω。

這就是這個(gè)50Ω的由來，也是因?yàn)槿绱?，示波器上才?huì)有個(gè)50Ω阻抗檔位。其作用就是用來匹配50Ω系統(tǒng)中的傳輸線。

四、示波器的負(fù)載效應(yīng)

有朋友可能會(huì)有疑惑，按上面的論述，豈不是50Ω的匹配比1MΩ的匹配要好，那還要1MΩ阻抗干什么呢？這就涉及到了示波器的負(fù)載效應(yīng)問題了。

相信大家都有這種經(jīng)歷，調(diào)試一個(gè)有問題的電路，想看看波形，結(jié)果接上探頭電路就正常了，拿開探頭電路就又出問題。這就是負(fù)載效應(yīng)引起的。示波器本身是有輸入阻抗的，用示波器測(cè)量的同時(shí)，也不得不將這部分阻抗并聯(lián)到電路中。

先以示波器在1MΩ阻抗模式為例，其大致可以等效成是1MΩ和一個(gè)十幾pF的電容并聯(lián)在一起的形式。

圖3