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探頭－測量質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)????????????4-13什么是探 某些探測技巧??????????????????11小結(jié)這么多的探頭??????????????14探頭選擇指南?????????????????26-31選擇適當?shù)奶筋^?????????????????26理解信號源示波器問題???????????????????29選擇正確的探頭探頭如何影響您的測量?????????????32-40??????????????????32帶寬考慮因素??????????????????35怎樣處理探測影響理解探頭指標?????????????????41-45畸變???????????????????41???????????????????42用)???????????????????42電容(通用)???????????????????43CMRR共模抑制比(差分探頭)???????????43CW頻率電流額定值下降(電流探直流(電流探頭)?????????????????44阻抗(電流探頭)???????????????44輸入電容(通用)?????????????????44輸入電阻(通用)?????????????????44最大輸入電流額定值(電流探頭)??????????44最大峰值脈沖電流額定值(電流探輸延遲(通用)?????????????????45上升時間(通用)?????????????????45正切噪聲(有源探

??????????????????46-54 ????????????????55使用正確的接地程序???????????????55正確連接和斷開探頭???????????????55避免的電路?????????????????56使用測量設(shè)備?????????56不要性的空氣中使用測量設(shè)備?????????56不要在可能有問題時使用測量設(shè)備

首先讓看一下什么是示波器探頭。從本質(zhì)上看，探電纜，如圖1.2所示。這一探頭電纜使示波器能夠保持

圖 圖 要帶寬無窮大的探頭或示波器。在500MHz就能涵蓋

負載。但是，的目標應(yīng)一直是通過正確選擇探頭，來問題，在后面將對此進行討論。探頭仍可能是一個非常復(fù)雜的電路。對DC信號(0Hz

電阻和端接電阻(圖1-4a)。但是，對AC信號，隨著信號頻率提高，圖形會發(fā)生明顯變化(圖1-4b)。之所以對AC(L)。ACAC電流的(L和C(RMHz探頭或示波器是為在高達100MHz望或不能預(yù)測的測量結(jié)果(圖1-5)。該比被測脈沖快3-51.6)。

5%5:12%帶寬(BW)指標中推導(dǎo)得出上升時間(Tr):Tr=范圍是1mV10V/戶一般可以在4mV峰到峰值到40V峰到峰值的信號上相同。對上面的實例，信號測量范圍是4mV-40V。的電壓。例如，10X探頭把動態(tài)范圍移到40mV-400V。它通過把輸入信號衰減1010X1X/10X4mV400V的動態(tài)范圍。但是，在1X模式中，必須地

同一條DC電池的DC電壓在電池的電阻(Ri)和電池驅(qū)動的負載Eo=Eb*RI/(Ri+=99.9聯(lián)的探頭電阻(Rp)。如果Rp是100k，那么圖1.7b的有效負荷電阻被減少一半，為50k。Eo=100V*50,000/(100+=99.8隨著信號頻率提高，電容電抗(Xc)會下降，導(dǎo)致 99.999.8相比只差0.1%，對大多數(shù)用途可以忽略不計。但是，如果Rp10k，那為使這類電阻負荷達到最小，1X探頭一般有1M的電阻，10X10M的電阻。在大多數(shù)情況下，電阻電阻電容1181

(參見圖1.9)。這一電感與探頭電容相互影響，在L和C值確定的某個頻率上導(dǎo)致減幅振蕩。這個減幅振蕩是

頭、特別是衰減探頭(10X100X1.10)。準波形顯示(參見圖1.11)。圖1.13a.6.5英寸長的探頭接地線

在第一章中，提供選擇適當?shù)奶筋^及正確使用探頭的所有基本信息。在下面幾章中，展開討論這些信 頭。400MHz示波器要求支持400MHz帶寬的探頭。一個簡單的BNC類型的輸入連接器。其它示波器可能

示波器上互換1X和10X探頭時，示波器的垂直標度讀頭時的垂直標度讀數(shù)是1V/1伏)，然后換成如果示波器讀數(shù)中沒有體現(xiàn)這種從1X到10X變化，那10X10某些通用或探頭可能不支持所有示波器的讀數(shù)功和電容相匹配。例如，50歐姆探頭應(yīng)與50歐姆示波器輸入一起使用。類似的，1兆歐探頭應(yīng)在1兆歐輸入電外。例如，用于5010X500的輸入電阻，用于110X10衰減系數(shù)(1X,10X,100X)的探頭。

兩個測試點之差(b)。210X100X)。在這些無源探頭中，10X混合(幾十毫伏到幾十伏)的應(yīng)用中，可切換1X/10X探頭要方便得多。但要記住，可切換1X/10X探頭在本質(zhì)

帶寬范圍一般在小于100MHz到500MHz范圍或更高寬，其稱為50Zo探頭和分壓器探頭。這些應(yīng)用使用的典型50歐姆探頭擁有幾千的帶寬和100皮秒或更快的上升時間。況下，有源設(shè)備是一種場效應(yīng)晶體管(FET)。為幾皮法，最低不到1皮法。電容值C相當于高電容電抗值Xc。X=Xc頭的規(guī)定帶寬一般在500MHz-4GHz之間。除帶寬更高外，有源FET探頭的高輸入阻抗允許在阻圖2.3.一些差分信號源實例。 差分探頭(b)。由于這些積極優(yōu)勢，包括DC4GHz40VDCAC)。換GaAs等等。

(CMRR)由于通道差異，隨著頻率提高，單端測量的CMRR性2.這可以在更寬的頻率范圍內(nèi)提供明顯高得多的CMRR際探頭頭部。在的差分探頭中，如泰克P6247中，這可以實現(xiàn)1MHz60dB(1000:1)，1GHz時30dB(32:1CMRR性能。隨著磁盤驅(qū)動器讀/寫速率達到和超過100MHz，這類帶寬/CMRR性能正變得

2.5.P6015A支持75MHz的帶寬，可以測量高達20kVDC40kV10X一般來說，通用無源探頭的最大電壓在400-500V左右(DC+峰值A(chǔ)C)。另一方面，高壓探頭的最大額定電壓可以高達20,000V。這一探頭的實例如圖2-5所示。10示波器操作的情況下，還可以選擇25英尺電纜。

示波器的電流探頭基本上分成兩類：即ACAC/DC電流探頭，AC電流探頭通常是無源探頭，AC/DC這種轉(zhuǎn)換操作是AC電流探頭的基礎(chǔ)。AC電流探頭頭頭部保持在指定方向及接近承載AC電流的導(dǎo)線時，探

在任何情況下，AC會低達到0.5Hz1.2kHz。效應(yīng)設(shè)備，檢測DC。其結(jié)果是得到帶寬從DC開始、擴展到規(guī)定頻率上限3dB點的AC/DC探頭。這類探頭至少要求一個電源，霍爾效應(yīng)設(shè)備進行DC傳感。根據(jù)節(jié)ACDC電壓，v: 1 轉(zhuǎn)換。對標準操作，傳感的電流導(dǎo)線是一圈線圈與頻率相關(guān)，其1MHz30-500M的范

使有效的靈敏度提高n倍。這類探頭的線圈放在U形芯上，U形芯帶有一鐵氧體滑塊，滑塊蓋住U形頂部。這類探頭的優(yōu)點在于，鐵視-秒乘積而定。-秒乘積定義了任何電流探頭線性操作的最大極在超過秒乘積時，探頭線圈的芯材會變得飽和。DCMHz

輯條件下發(fā)生的特定數(shù)據(jù)脈沖。這要求邏輯觸發(fā)功能，2.9圖2.9TTLTTL探頭中。在識別匹配字時，探頭會輸出一個Hi(1)觸發(fā)脈沖，可以用來觸發(fā)示波器相關(guān)數(shù)據(jù)波形或。多模塊、混合電路和IC。

統(tǒng)中，三相AC線路整流到高達600V的浮地DC總線2.12.除外，與使用比較安全的探頭器方法2.12.除外，與使用比較安全的探頭器方法 的電壓。圖2.12a底部的軌跡是低側(cè)門 接地的示波器進行，而且是通過探頭器進行的 為滿足不同的需求，市場上有各種各樣的器，包括參考引線。此外，還有基于光纖的器，適用于需要米以上)。與差分探頭一樣，器的主要選型指標是帶寬和CMRR。此外，最大工作電壓是系統(tǒng)的主要指標之一。一般來說，最大工作電壓是600VRMS或850V(DC+峰值A(chǔ)C)25-mil

SureFootTM-PQFPJECEC25 EIAJ0.5和0.65-

小型-系統(tǒng)外殼中的電路板-

KlipChip-SOIC/COP小型封裝-

2.16 與以前一樣，的目標是選擇能夠最好地探測本章了各種選型要求，首先介紹信號源

要探針上的帶寬為500MHz的測量系統(tǒng)。類似的，示波3-5倍。電阻、低電容探頭。對大多數(shù)應(yīng)用，帶有20pF電容的10M探頭應(yīng)為信號源負載提供充足的保證。但最后記住在進量前，必須能夠把探頭連接到電路電 電 邏 其 邏輯探 光接口溫度

成相應(yīng)電壓信號的轉(zhuǎn)換器。一個常見實例是電流探頭，圖3.1不管是什么類型，所有信號都有頻率成分。DC信號的頻率是基礎(chǔ)頻率的奇數(shù)倍(3fo,5fo,7fo,...)?；l是波形

的換時間，波形細節(jié)會丟失(b)。在3dB點上，幅度下降30%。此外，由于帶寬滾降，(參見圖3.2)。 10%提高到90%所需的時間致的其如下：

信號測試點的位置和形狀也是探頭選擇的主要考慮因上號必頭試了探測表面封裝電路，推薦使用帶有為表面封裝應(yīng)

x

態(tài)范圍。例如，垂直顯示范圍為101mV/10V/大約是0.1mV-100V。如果測量的各種信號幅度0.05mV150V有效地向上移十，這一示波器的靈敏度范圍將是1mV/100V/150V可以提供10V/格的靈敏度。

選型，而只有“合適的”示波器/探頭組合選項，它們和示波器阻抗，導(dǎo)致測量系統(tǒng)吸收部分電流(b)。

30

ps面的電路T使用信號源ps

和相關(guān)電路阻抗si表示，這是si

pp

和示波器輸入阻抗

在信號源阻抗低時，利型高阻抗10X探頭進行探信號源負載是2Z4.2a)。這導(dǎo)致在未探測的測試點上產(chǎn)生了0.5ES的信號幅度。但是，在連接探頭和點上的信號幅度降低到探測值的2/3。為說明電容負載效應(yīng)，讓考慮一下上升時間非常快的脈沖的上升時間為零(tr=0)。但是，信號源阻抗負載RC2.2RC1090%這從電容器的通用時間常數(shù)曲線中推導(dǎo)得出。2.2是C通過R充電，沖幅度從10%提高到90%所需的RC時

輸入R和31pF2.2RC測得的上升時間提高到3.4ns，而探測前的上升時間

pp54

手冊會編制探頭R數(shù)據(jù)，文檔中包括顯示Z與頻率的關(guān)系曲線。圖4.5是泰克P6205有源探頭的實例。注意，1兆歐阻抗幅度固定在接近100kHz。這通過認真 顯示了典型10兆歐無源探頭的R和 在需要較小的探頭前端電容時，應(yīng)使用有源FET輸 pF的探頭前端電容。分構(gòu)成的。50MHz方形波擁有超過100MHz的有效諧

注意，XpDCRp100kHz開始明顯滾降。通過認真設(shè)計相關(guān)R、CLpX=pZ

Xpp分R和電抗成分X組成。電抗成分主要是電容，但 pp

fC4.6.10Xp和Rp的電容電抗(Xp)50MHz290歐姆。根據(jù)信商通常對某些示波器/探頭組合指定探頭頭部帶寬。但情dB4.73dB

1.0)，100MHz100MHz誤差將高達30%。1X探頭。所有測量都使用同一個400MHz示波器完成。如果您希望幅度測量落在3%率在30MHz以內(nèi)的信號，如果超過30MHz的信號幅度3%。望幅度測量落在3%號的最高頻率波形高3-5倍的示波器。下述把示波器的帶寬(BW)指標轉(zhuǎn)換成上升時間

100MHz的探頭在100MHz點上的幅度響應(yīng)下降3dB。

2≈

2+

帶寬擴展到探針。例如，在與兼容的100MHz示波器使顯示的上升時間應(yīng)該為3.5ns或更快這很好地落在400MHz875ps現(xiàn)在看一下使用同一示波器、使用10X,100MHz高了近30%！同一脈沖上使用1X,10MHz經(jīng)從原來的4.63ns下降到27ns。帶寬及得到的探頭/示波器系統(tǒng)帶寬。例如，泰克規(guī)定

在使用上面介紹的測試設(shè)置時，100MHz示波器/探頭升時間與100MHz帶寬對應(yīng)。4.10遺憾的是，ECB/探頭頭部適配器并不能適用于許多通4.11ECB的接地路徑。最終的接地系統(tǒng)是一個嵌入電路的ECB(電路板)到探頭頭部適配器，如圖4.11所示。ECB測試點(包括ECB

中只有Rin用于阻尼。在這一串聯(lián)諧振電路遇到脈沖線的11pF140MHz的頻率減幅振蕩。在測量的影響。如果在改變地線長度時減幅振蕩沒有變化，那

在圖4.13b中，了相同的脈沖轉(zhuǎn)換。但這次使環(huán)路，可以導(dǎo)致嚴重的減幅振蕩，如圖4.13b所示。4.13c振蕩，如圖4.13c所示。從上面的實例和討論中可以看出，信號源阻抗、探果，必需盡可能地使示波器/探頭對信號源的影響達到最3-5

1X無源探頭的電阻一般低于10X無源探頭，其電容一般高于10X無源探頭。結(jié)果，1X探頭更容易導(dǎo)致負載oo 畸變畸變作為最終脈沖響應(yīng)電平±百分比進量或指定

邊沿立即導(dǎo)致明顯的峰值(參見圖5.2)。的衰減系數(shù)。典型的衰減系數(shù)是1X、10X和100X。衰減系數(shù)是探頭使信號幅度下降的程度。1X探頭不會降低或衰減信號，而10X探頭則會把信號降低到探針幅度的1/10。探頭衰減系數(shù)允許擴展示波器的測量范圍。例如，100X探頭允許測量幅度高出1001X、10X、100X這些名稱源于以前示波器不會自動傳10。當前示波器上電壓探頭衰減系數(shù)使用電阻電壓分路器技術(shù)實現(xiàn)。結(jié)對電壓傳感探頭，精度一般是指探頭對DC信號的衰

圖5.370.73dB度。使用放大器的電流探頭的輸出在/格中直接校準，精度指標用電流/格設(shè)定值百分比的衰減器精度指帶寬所有探頭都有帶寬。10MHz10MHz的帶寬，頭響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度下降到70.7%3dB)的頻率，如ACAC例如，結(jié)合使用100MHz通用探頭和100MHz示波器作為實際幅度的70.7%進量。因此，為實現(xiàn)最大測量的上升時間快4-5倍。電容

重要，因為它影響著測量脈沖的方式。低電容最度波器電容相匹配。對10X100XCMRRCMRR=此CMRR無窮大。在實踐中，10,000:1的CMRR已經(jīng)由于CMRR隨著頻率提高而下降，因此指定CMRR的頻率與CMRR值一樣重要。在高頻上CMRR高的差分探頭要好于在低頻上相同CMRR的差分探頭。合性能，及導(dǎo)致低頻電流測量響應(yīng)丟失。某些AC探頭提供了電流抵償選項，這些選項可以清空DC

25能的總電流(DC加峰值A(chǔ)C)。在AC電流測量中，必須對1MHz，5ns延遲會導(dǎo)致相位位移兩度。電纜它們的延遲也不同。這些延遲是否影響功率測量，取決于被測波形的頻率。對Hz信號和kHz信號，延遲差異一般并不明顯。但對MHz信號，延遲差異會產(chǎn)生

探頭對階躍函數(shù)1090%的響應(yīng)，表明了探頭可以從(示波器和探頭之和)應(yīng)比被測的轉(zhuǎn)換時間快3-5倍。法。正切噪聲系數(shù)大約是RMS噪聲的兩倍。于線層量加，流探頭有一個最大工作溫度。溫度提高會導(dǎo)致?lián)p耗提帶寬/上升時間極限 -地線開始。

6.1350MHz實際波形是一個步進波形，其上升時間為1ns。這個1ns的上升時間等于示波器的帶寬(BW0.35/ 1b

通過安裝ECB到探針適配器來步進信號(參見圖集的同一波形，但使用的是有源FET探頭。在沒有安裝ECB

圖6.5)。結(jié)果導(dǎo)致的電流流動會在探頭外部電纜取各種措施，避免或最度地降低接地環(huán)路噪聲問第法是對示波器和被測電路使用相同的電源電 陷，來示波器或測試電路。如果必需進行浮動測器專門設(shè)計的接地

為最度地降低引入到探頭接地中的噪聲，應(yīng)使地線

分放大器。注意，在測量期間源電位變化了350V。VV

=上面中的

-inVDM，全面抑制兩個輸入任何公共的電壓VCM。其得

注意共模電壓VCM并不是上述的一部分，這是因Vo-

-V- MOSFET設(shè)備的門驅(qū)動裝置的實例。在MOSFET開關(guān)42mV(222V/格，同時抑制接地信號源的幾百伏轉(zhuǎn)換。CMRR=性能。然后，CMRRVDM，可以在共模10,000:1，也可以用dB表示：例如，10,000:1CMRR80dB。為查看其重要壓，如圖6.9所示。在全負荷下，通過阻尼器的電壓(VDM)應(yīng)達到35mV，輸出擺幅(VCM)為80Vp-p。使

1kHz時的CMRR10,000:1。的共模信號將在差分放大器的輸出上錯誤地顯示為VDM，其將是80V/10,0008mV。8mV35mV22%MRRMRR一般在DC)VCMMRRCRRCRRCMRR遠高于30kHz的能量，因此CMRR可能會要差于30kHz在共模成分不是正弦曲線時，經(jīng)驗測試是確定CMRR記住，并沒有指定VCMVDM之間的相位差。因此，放大器抑制的VCM通路內(nèi)。圖6.10所示的測試可以很好地確定實際測量環(huán)境中的大器的兩個輸入從明顯不同的信號源阻抗驅(qū)動時，CMRR將會劣化。

這些探頭擁有相應(yīng)的功能，可以精確地調(diào)整DC衰減和AC補償。為實現(xiàn)最佳性能，應(yīng)把一套探頭于每個單獨的輸入線纜會成為變壓器線圈。穿過環(huán)路的任何AC出中！為最度地降低這種影響，常用方法是把+1示，任何感應(yīng)的電壓一般都會位于CM通路中，并通大多數(shù)差分放大器的輸入連接器是外殼接地的BNC連輸入端把探頭一起接地，這可以降低通過的有效電量高頻率時，最好嘗試有地線時及沒有地線時進

號(a)功能每兩次平均的功率會使SNR改進3dB。因此，平均兩次波形(21)可以使SNR改進3dB，平均四次波(22)可以使SNR改進6dB，平均八次(23)可以使SNR9dB，高顯示20mV峰