保障系统信号完整性测量，必须知道的探头ABC知识

        如果您把一个电阻器、一个电容器、甚至一根导线焊接到电路上，您是否预想到这些元件会影响电路中该部分的信号？当然，您想得到。

这些元件影响着信号幅度，降慢信号速度，影响信号形状。

同样，每只示波器探头都有一定的电容。

每只示波器探头都有一个电阻值。

每只示波器探头都将影响测量点上的信号。

这不是探头会不会改变信号的问题，而是改变多少的问题。

 

        理想的探头将以完美的保真度捕获任何信号，对被测电路没有侵入性。

对探头设计人员的要求似乎很明确：超高带宽，宽动态范围，不影响被测信号。

我们将考察下述主题及其对带宽、上升时间和阶跃响应的影响。

        1）不同要求，不同探头

        2）探头带宽和上升时间

        3） 短引线及选择适当的附件

不同要求，不同探头。

        探头用于许多不同环境中，用来根据各种行业标准执行测试。

例如，测量电源应用中的高压要求遵守安全认证标准。

这种测量要求机械坚固的探头，且要有非常大的动态范围，但这些探头不要求高带宽。

而现代串行标准等应用则要求测量工具使用精密部件，拥有高带宽及低动态范围。

 

        必须认识到，示波器探头是为不同目标市场设计的，这会影响探头的设计要求。

对变化的测量环境，探头有不同的带宽功能。

在为测量确定适当的探头时，要确保探头拥有足够的带宽。

多少带宽才算足够呢？让我们看一下。

 

探头带宽和上升时间

 

带宽

        带宽是示波器探头设计的频率范围。

例如，100MHz示波器探头指定用于在最高100MHz的所有频率上执行测量。

但是，探头捕获信号的能力在指定频率范围内是变化的。

事实上，每个探头制造商都假设在最大指定带宽上，探头的频响下降3dB。

在超过3dB点的频率上，信号幅度会过度衰减，测量结果可能不能预测。

 

上升时间

        带宽描述了频域特点，但没有提供探头和示波器复现复杂波形形状随时间变化的完整画面。

为获得完整信息，阶跃响应在获得时域特点中至关重要。

这种检定能力通过探头的上升时间值提供，其中通过评估系统对速度超过测试系统能力的阶跃输入的响应，来获得上升时间。

                                               图1. 长引线可能会导致非常不同的测量结果。

[图示内容：]

33 ps Rise Time: 33 ps上升时间

7.2% Overshoot: 7.2%过冲

40 ps Rise Time: 40 ps上升时间

12.5% Overshoot: 12.5%过冲

 

短引线及选择适当的附件

        在探头连接到一个测量点上时，它会给电路带来负荷。

电容单元和电感单元一般来自探头尖端形状和导线长度。

电感单元可能会有变化，因为增加了不同的探头尖端附件，而且信号线和地线采用不同长度的导线。

 

信号引线和地线要尽可能短

        有时把导线连接到测试点上可能极具挑战。

用户可能会通过加长信号线或地线，来补偿这个连接问题。

如图1所示，加长P7500探头上的信号线，会影响测量。

左图中引线较短，右图中的信号线则长得多，上升时间和过冲值由于导线长度变化而变化。

P7500 探头系列是一种TriModeÔ探头，能够在单端配置、差分配置和共模配置中观察信号，而不需每次都进行新连接。

用户只需按探头上的一个按钮，就可以简便地实现所有这些组合。

 

                        图2. 确保了解探头尖端附件对测量的影响 

 

          图3. P7500系列远距离焊接探头尖端到达测量的信号源  

选择适当的附件

        示波器探头一般配备大量不同的探头尖端附件。

探头标配不同的附件，支持各种设计活动，如验证、调试、一致性测试、等等。

此外，某些探头配备焊接解决方案，可以免提实现牢固连接。

 

        用户应该知道，不同的探头配套尖端可能会有不同的测量结果。

为更方便地连接被测器件，某些测试线有夹子，某些引线更长，某些探头连接器有方形引脚插座。

看一下图2中的连接。

这张图中的探头带有1”信号线和地线。

很明显，引线越长，电感越高，进而会导致振铃、畸变或过冲等效应。

图3显示了P7500TriModeÔ探头系列使用的远距离焊接尖端的连接。

远距离焊接尖端允许尽可能近地连接参考信号，通过把端接带到尖端头部，最大限度地降低电感影响，确保到DUT的引线最短。

问题在于，有各种各样的连接方法，这些不同方法可能会导致不同的测量结果。

探头制造商一般会指明探头尖端附件对测量的影响。

 

              

                                 图4. 采样不足的假信号  

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