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一、傳輸線
想要講清楚50Ω的由來，我們需要先講一下傳輸線。電信號實際上是以電磁波的形式在傳輸線中傳播的。當傳輸線的尺寸不再遠小于電磁波波長時，就不得不考慮這個“波”的特性了。下圖是將一個窄脈沖施加到100m左右的終端短路的網線上時，示波器在信號源端測量到的圖片?？梢栽谄渖厦黠@看出有一個入射波和一個反射波。
二、如何阻止信號反射呢?
就像光要在水面才發生反射一樣，電信號也是在其傳輸介質發生改變的時候才會發生反射，為了避免傳輸線上發生反射，就出現了均勻傳輸線，如PCB微帶線，同軸線等，他們介質均勻，任何一點橫截面幾何結構相同，這樣就可以保證電信號不會在傳輸線內發生反射了。
但是信號一旦來到傳輸線終點，豈不是還是要發生反射么?
其實只要保證信號的瞬時阻抗不變，同樣也不會發生反射。瞬時阻抗就是電信號在傳輸線上某一點所受的阻抗，經過研究發現均勻傳輸線的瞬時阻抗是個純阻性的，與頻率無關，就像個電阻，而且瞬時阻抗只與傳輸線的幾何結構和填充材料有關，所以又叫做特性阻抗。既然瞬時阻抗像電阻，那我們就給負載并聯一個電阻，讓其阻值和特性阻抗相等，這樣信號就不會反射回來，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
特性阻抗大小會影響信號傳輸功率、傳輸損耗、串擾等電氣性能，而其板材和幾何結構又影響制造成本，這種情況只能找一個折中值。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最佳平衡點。所以大多數高速信號都會采用50Ω特性阻抗系統，形成標準并沿用至今，成為使用最廣泛的一種阻抗標準。比如常見的PCIE，其單端阻抗就是要求是50Ω。
這就是這個50Ω的由來，也是因為如此，示波器上才會有個50Ω阻抗檔位。其作用就是用來匹配50Ω系統中的傳輸線。
四、示波器的負載效應
有朋友可能會有疑惑，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載效應問題了。
相信大家都有這種經歷，調試一個有問題的電路，想看看波形，結果接上探頭電路就正常了，拿開探頭電路就又出問題。這就是負載效應引起的。示波器本身是有輸入阻抗的，用示波器測量的同時，也不得不將這部分阻抗并聯到電路中。
先以示波器在1MΩ阻抗模式為例，其大致可以等效成是1MΩ和一個十幾pF的電容并聯在一起的形式。
這個1MΩ是示波器的規范。而電容是我們并不想要但是又不可避免的寄生參數。在DC和較低頻時，1MΩ起到主導地位。而當頻率超過10MHz以后，電容會成為主要的負載。由于這兩個參數的引入，就會使得測量時的信號與原信號有差異，從而使測量結果出現誤差。那么差異有多大呢，這也要取決于您的被測電路的輸出電阻和負載。
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2018年03月07日
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