【嵌入式】测量值与数字信号发生器输出值形成2倍关系的原因
最近在使用泰克AFG1062数字信号发生器时遇到了一个小问题:用信号发生器输出频率0.1Hz、赋值-5V~5V的方波信号,如下图所示。用AD采样芯片解算的采样值一直为±10V,同时用福禄克测量值也为±10V,是设定值的两倍。
产生这个问题的原因在于测量设备(即AD芯片、万用表)与输出设备(即信号发生器)的阻抗不匹配。一开始信号发生器设置的负载阻抗为50Ω,如下图红框所示。而通过阅读AD芯片的芯片手册得知,其输入阻抗为1MΩ,而福禄克万用表的输入阻抗也为高阻抗。这导致了信号发生器的负载阻抗与测量设备的输入阻抗不匹配,从而导致测量值是设定输出值的2倍。
要理解这个问题,还要从信号发生器的输出原理电路入手。如下图所示,Rs为信号发生器的内阻,RL为负载阻抗。当负载阻抗设置为50Ω、信号发生器输出值设置为±5V方波时,由串联分压可知:若要从Vo处得到±5V的点电压,那么Vs处要输出±10V的电压,那么信号发生器就会在Vs上产生±10V的电压。而此时实际的负载阻抗为高阻抗,远大于信号发生器内部的阻抗Rs,使得±10V几乎全部落在RL上,因此我AD芯片和万用表测得的方波幅值为±10V。
因此需要设置信号发生器的负载阻抗为高阻抗,如下图所示。那么此时RL变为高阻态,若要想在Vo处获得±5V的信号,那么信号发生器在Vs上产生±5V的信号即可,此时再去测量Vo电压,便是预期的±5V。
结论:测量设备的输入阻抗一定要与输出设备的输出阻抗相匹配。一般来说,输出设备的输出阻抗要与测量设备的输入阻抗相一致。
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