連接信號和示波器的探頭
在使用示波器時，在提供信號真實(shí)測量上，人們往往低估示波器探頭的重要性。導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的原因，尤其與無源探頭是示波器的標(biāo)準(zhǔn)配置有關(guān)。所有的探頭都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)最佳的信號完整性，擁有示波器探頭的有關(guān)知識是必不可少的。每個探頭或多或少都會對被測信號加載，這樣會改變信號。嚴(yán)格來說，用示波器分析的信號，并不完全顯示真實(shí)的波形。
為了減少這些影響，用戶應(yīng)了解被測設(shè)備（DUT）上的實(shí)時情況。對大多數(shù)測量，標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭綽綽有余。然而，在某些情況下，更應(yīng)考慮采用合適的探頭進(jìn)行更恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用。例如：測試電源電壓時，探頭的帶寬和輸入電容不是特別重要的，但是，如果是幾納秒上升時間的CMOS器件，使用標(biāo)準(zhǔn)探頭進(jìn)行測試，就可能很快達(dá)到探頭極限。
大多數(shù)示波器使用500MHz帶寬的標(biāo)準(zhǔn)探頭，其指標(biāo)如下：㈠ 探頭帶寬要符合示波器帶寬；㈡ 探頭衰減比：10∶1；㈢ 輸入阻抗：10MΩ；㈣ 輸入容抗：10pF～20pF。這些有源探頭成本低，并且堅(jiān)固可靠，它們具有可接受的阻抗，并且僅適度地對DUT加載。然而，這只適合低頻信號（MHz區(qū)域）。在高頻，無源探頭一個顯著的缺點(diǎn)是其輸入容抗加載到DUT，該容抗通常在10pf～20pF之間，與標(biāo)準(zhǔn)TTL電路連接時，其容抗指標(biāo)最大高達(dá)100pF。因此，探頭總計(jì)為10%～20%的允許負(fù)荷。
一般來說，含有輸入電容和標(biāo)準(zhǔn)接地連接的探頭會諧振電路，被測信號導(dǎo)入到此電路中。為了移除在感興趣頻率之外的共振頻率，電容或電感必須降低。電容是不可能減少的，電感可以通過縮短地線最小化，這就是為什么所有探頭說明書指定要使用盡可能短的接地引線。
有些探頭像HZ355（圖1）有一個廣泛的配件，包括一個小的接地彈簧。這個彈簧長度小于1cm，因此比用10cm鱷魚夾地線具有更低的電感。
圖 1: 含短接地彈簧的HZ355無源探頭
此外，HZ355無源探頭自帶進(jìn)行細(xì)間距芯片測試的配件，測試時不易造成管腳短路的危險(xiǎn)。如圖2所示：在探頭針尖上的綠色帽子具有兩個塑料側(cè)，同時含羽翼式的彈簧加力的探針尖。側(cè)翼保護(hù)探頭尖端不會移開接觸，避免造成芯片管腳短路。一塊銅箔可以粘在芯片上，使探頭盡可能保持短的接地連接。在探頭上的短彈簧現(xiàn)在連接到該接地銅箔。該方式用很少的努力，就可以簡單和精確地進(jìn)行測量。
圖2: 含細(xì)小管腳測試觸針的HZ355無源探頭
如果在探頭基本配置中不含圖1彈簧探針，你也可以自制（DIY）：使用1塊合適的銅線，并焊接在DUT附近的接地點(diǎn)上，在實(shí)現(xiàn)信號質(zhì)量的改進(jìn)上，這種方法很實(shí)用。
如果測試點(diǎn)阻抗太高和測試點(diǎn)的容性負(fù)載不在10pF～20pF，那么有源探頭是理想的選擇。這樣的探頭典型特點(diǎn)如下：1pF和1MΩ輸入阻抗，較高的帶寬。HZO30也提供適合很多連接需要的附件盒配件。
圖3: HZO30有源探頭，1GHz帶寬，含各種附件
目前，許多電路設(shè)計(jì)的一個共同特點(diǎn)是差分信號，例如包括A/ D轉(zhuǎn)換器的LVDS輸出和流行的CAN總線。為了在示波器上正確地顯示信號，需要使用差分探頭。差分探頭也具有低輸入電容（1pF～3pF）和高輸入電阻（200KΩ～1MΩ）。正輸入和負(fù)輸入形成差分放大器，通過同軸電纜連接到50Ω示波器輸入端上，該輸出是不對稱的，緊接顯示器顯示差分信號。如通過接地環(huán)路引起的反饋效應(yīng)可以消除這種方式。由于差分探頭從DUT測量設(shè)備上解耦，差分探頭也可以測量接地系統(tǒng)。
當(dāng)然，當(dāng)正輸入連接到信號時，差分探頭負(fù)輸入需要連接到共地點(diǎn)。在這種情況下，差分探頭的行為非常類似于一個正常的單端有源探頭，例如HZO30。因此，此時如果需要更好的有源探頭，貴一些的差分探頭HZO40可能是更好的選擇。
圖4: 200MHz有源差分探頭HZO40
總結(jié): 通過像短接地彈簧的簡單方法，可以有效降低無源探頭對測試信號的影響。對容性負(fù)載敏感的電路，需要使用有源探頭。如果有接地問題（例如浮地），或者需要測試差分信號，就一定要使用差分探頭。要知道沒有萬能探頭來解決所有的不同測試應(yīng)用，我們需要選擇合適的探頭，盡可能地實(shí)現(xiàn)最好的測試結(jié)果。
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