在許多不同的應用中，工程師經常面臨驗證、調試或分析數字信號行為的挑戰。 數字信號是由一系列具有高頻正弦分量的模擬信號所疊加而成，并形成具有區分數字值的邊緣。 測量這些信號的挑戰是，如果沒有仔細地理解和考慮測量的各個方面而進行較為簡單的測量，則提供的結果可能不正確。

本文討論了在典型數字子系統中測量高頻數字信號的基本原理，以及如何獲得最佳、最可靠的結果來分析系統的信號完整性。

假設

由于完全理解數字系統知識量需要大量的知識，本文假設您熟悉以下概念：數字信號、阻抗匹配、傳輸線、數字信號端接和示波器。 此外，假定所有互連(電纜)都具有50Ω特性阻抗。

測量數字系統信號完整性的基礎知識

為了介紹測量數字系統信號完整性的概念，我們將評估一個基本的數字信號測量，如同示波器是系統的一部分一樣。 這意味著數字線路的輸出通過附件直接連接到示波器：

圖1：示波器與數字儀器的數字輸出串聯。 兩個儀器通過VHDCI轉SMB接線盒相連接。 這種常見情況可用于驗證附件端子輸出端的信號完整性。

在本例中，示波器位于傳輸線的末端，這意味著信號與示波器端接。 示波器如果采用1MΩ端接，則意味著方波信號將完全反射回發射器。如果使用50Ω端接，將不存在任何反射信號，同時示波器感測到的電壓減半。 這種電壓降是由于當交流信號通過50Ω特性阻抗電纜到達發射器處的50Ω源阻抗時，會形成50Ω的分壓器電路。

圖2：圖1裝置的示意圖。

得到的測量結果將準確顯示待測件(UUT)所接收到的傳輸線末端數字信號。下面是各種不同的探測應用場景。

使用并行連接的示波器測量數字信號完整性

一個更復雜的場景是在示波器沒有端接信號時嘗試測量數字信號的完整性。在這種場景中，由數字儀器生成方波輸入到待測件中，我們希望示波器探針與數據傳輸并行連接，以便在信號通過傳輸線介質傳播時查看信號：

圖3：系統上示波器探針測量簡圖。探針并聯連接，以便在信號通過傳輸線時觀察數字系統。

在這種情況測量數字信號時，需要考慮兩個主要因素：手持式探針對電路的影響和位置。 在并聯配置下使用探針測量數字信號時，應仔細分析和理解探針連接到電路后輸入阻抗、電容和電感的變化。 例如，具有高輸入電容的無源探針可能會濾除信號中的較高頻率分量(舍入誤差、減慢邊緣過渡)，導致信號失真。 如果探針會大幅增大電容且導致信號失真，則可以考慮使用有源探針。 此外，接地線會使電路電感增大，這也可能導致信號的邊緣過渡較為緩慢。 理想的接地線很短，應盡可能連接到靠近探測信號的地方，以盡量避免電感回路的產生。

確定此裝置中探測數字信號的位置時，有幾點基礎知識可以幫助您了解如何獲取最佳結果以及裝置如何根據傳輸線中的探針位置進行更改：