一、前言

板卡式的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和類似測量儀器，比如圖1所示的德思特TS-M4i系列，都需要為各種各樣的特性信號(hào)與內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的固定輸入范圍做匹配。

圖1：德思特TS-M4i系列高速數(shù)字化儀，包括2或4通道版本，分辨率可選14或16位

數(shù)字化儀前端一般還需要盡量減少待測設(shè)備的負(fù)載情況，并提供恰當(dāng)?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/耦合/" target="_blank">耦合。此外，還可能需要進(jìn)行濾波以減少寬帶噪聲的影響。而對于德思特?cái)?shù)字化儀，所有這些特性都是板卡內(nèi)置的“前端”提供的，這個(gè)“前端”包括了從輸入端口到ADC之間的所有電路。用戶只需要理解并權(quán)衡著使用這些功能特性，就能有效地利用起我們的數(shù)字化儀了。

作為例子，圖2顯示了德思特TS-M4i系列板卡式數(shù)字化儀的硬件架構(gòu)框圖。每個(gè)輸入通道都有自己的獨(dú)立前端（用綠色底色表示），并可以獨(dú)立進(jìn)行設(shè)置。前端提供適當(dāng)?shù)妮斎腭詈稀⒔K端負(fù)載、量程切換模塊以及帶通濾波。

圖2：德思特TS-M4i系列14/16位數(shù)字化儀的硬件架構(gòu)

今天將先為您介紹數(shù)字化儀前端電路所需的特性以及使用過程中需要的輸入抗阻和輸入耦合。

二、前端特性

為了使數(shù)字化儀能匹配盡可能多的使用場景，需要前端電路具備以下能力：

1. 提供終端阻抗選項(xiàng)以進(jìn)行阻抗匹配，或在高阻抗輸入時(shí)盡量減小待測件負(fù)載

2. 根據(jù)場景需要提供交流或直流耦合的選擇

3. 提供濾波，用于盡量降低噪聲并減少存在的諧波成分

4. 提供多種輸入范圍選擇，以捕獲不同電平的輸入信號(hào)，減小噪聲和失真，并保持信號(hào)完整性

5. 內(nèi)置校準(zhǔn)源，以便及時(shí)校準(zhǔn)

三、輸入抗阻

測量儀器應(yīng)適當(dāng)?shù)貫樵葱盘?hào)提供終端負(fù)載。對于大多數(shù)射頻（RF）測量，通常是一個(gè)50Ω的終端負(fù)載。匹配負(fù)載可以使反射造成的信號(hào)損失最小化。50Ω阻抗匹配會(huì)對反射損耗和電壓駐波比（VSWR）參數(shù)產(chǎn)生正面影響。因此，這兩個(gè)指標(biāo)中的任何一個(gè)都可以指示阻抗匹配的質(zhì)量。

如果信源設(shè)備具有較高的輸出阻抗，則更適合與一個(gè)1 MΩ（兆歐姆）高阻抗終端負(fù)載匹配，這可以盡量減少電路負(fù)載。1 MΩ的終端負(fù)載也可以搭配使用高阻抗的示波器探頭，這將進(jìn)一步增加負(fù)載端輸入阻抗。如果要匹配其他標(biāo)準(zhǔn)阻抗，例如音頻領(lǐng)域常見的600Ω阻抗，我們可以把測量端儀器的輸入阻抗設(shè)為1 MΩ，然后在外部并聯(lián)一個(gè)600Ω的終端電阻來實(shí)現(xiàn)匹配。

由于在儀器設(shè)計(jì)時(shí)，提供輸入阻抗選項(xiàng)往往存在用戶便利性和信號(hào)完整性之間的工程權(quán)衡，因此一些數(shù)字化儀廠商會(huì)只提供50Ω的終端負(fù)載。如果用戶應(yīng)用需要用到高阻抗終端負(fù)載，或同時(shí)具有高阻抗和50Ω選項(xiàng)，則建議向制造商詢問參數(shù)確認(rèn)是否提供。而德思特的TS-M4i系列標(biāo)準(zhǔn)版就已經(jīng)設(shè)計(jì)為可提供輸入負(fù)載選項(xiàng)，同時(shí)還保持了優(yōu)秀的信號(hào)完整性水平。

四、輸入耦合

測量儀器中的輸入耦合選項(xiàng)提供了將測量儀器與信號(hào)源AC或DC耦合的能力。DC耦合用于檢測整個(gè)信號(hào)，包括其中可能存在的DC偏置（非零均值信號(hào)）。AC耦合可消除任何穩(wěn)態(tài)平均值（DC分量）。AC耦合對例如在直流電源輸出上的紋波測量等應(yīng)用非常有用。如果沒有AC耦合，直流電源的輸出電壓將需要用更大的信號(hào)衰減比接入到測量儀器中，這將使紋波部分更難準(zhǔn)確測量；反之，使用AC耦合可以使用更高的輸入靈敏度，從而獲得更好的紋波成分測量。

AC耦合的關(guān)鍵參數(shù)是其AC耦合頻率響應(yīng)的低頻截止點(diǎn)（低-3 dB點(diǎn)）。這決定了低頻信號(hào)將被AC耦合衰減多少。它還與恢復(fù)時(shí)間有關(guān)，即待測信號(hào)一旦發(fā)生變化，實(shí)際輸入電平落后于DC分量發(fā)生變化的穩(wěn)定所需時(shí)間。通常，截止頻率越低，耦合電容器就越大，恢復(fù)時(shí)間也越長。一些數(shù)字化儀只提供AC或DC耦合，而不是提供兩種可選項(xiàng)。這同樣是為了減少儀器復(fù)雜性而進(jìn)行的工程權(quán)衡，因?yàn)榫哂泄潭詈戏绞降臄?shù)字化儀無需包含繼電器或開關(guān)等組件。最終，是否需要可選的耦合選項(xiàng)還是取決于用戶的具體適用場景。當(dāng)然，可選的耦合方式在測量需求發(fā)生變化時(shí)，能提供更大的靈活性。

END

在下期文章中，我們將繼續(xù)為您介紹數(shù)字化儀前端信號(hào)調(diào)理的使用過程中所需的輸入電壓范圍，與您分享一些改善信號(hào)完整性的小技巧以及數(shù)字化儀的內(nèi)置校準(zhǔn)功能。

關(guān)于德思特

德思特是原虹科測試測量事業(yè)部孵化出來的獨(dú)立公司，基于超過10年的業(yè)務(wù)沉淀，德思特公司專注提供電子測試/測量解決方案。主要業(yè)務(wù)范圍涵蓋：汽車電子仿真及測試、射頻微波及無線通信測試、無線頻譜監(jiān)測與規(guī)劃、無線通信（包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車無線通信、軌道交通、衛(wèi)星通信、室內(nèi)無線通信）、半導(dǎo)體測試、PNT解決方案、大物理和光電測試等。

核心成員具有9年以上的測試測量、無線通信及其他相關(guān)行業(yè)資歷；技術(shù)團(tuán)隊(duì)獲得世界五百強(qiáng)PNT解決方案合作伙伴Safran的GNSS技術(shù)及信號(hào)仿真和軟件Skydel培訓(xùn)認(rèn)證證書、航空航天測試和測量合作伙伴Marvin Test 的自動(dòng)化測試軟件ATEasy培訓(xùn)認(rèn)證證書。

德思特研發(fā)部，核心成員獲得國際項(xiàng)目管理師PMP認(rèn)證資質(zhì)，并具備LabVIEW、python等多種編程語言能力，優(yōu)勢能力集中于：HIL測試，半導(dǎo)體測試，EOL測試和質(zhì)量檢測等多種系統(tǒng)研發(fā)集成，擁有10多個(gè)實(shí)用新型和專利授權(quán)。

圍繞汽車電子、射頻微波、通信、航空航天等行業(yè)提供專業(yè)可靠的解決方案，現(xiàn)有客戶包括華為、德賽西威、蔚來汽車、理想汽車、航天科工集團(tuán)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中電科集團(tuán)等。

此外，我們還是中國無線電協(xié)會(huì)、中國通信企業(yè)協(xié)會(huì)、雷達(dá)行業(yè)協(xié)會(huì)、RIS智能超表面技術(shù)協(xié)會(huì)等行業(yè)協(xié)會(huì)的會(huì)員。

審核編輯 黃宇