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

Posted 2022-12-09 菜老越

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。