如何判斷高帶寬測(cè)量探頭的質(zhì)量

示波器探頭有兩個(gè)重要的性能問(wèn)題需要考慮，即探頭對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響和干擾有多大，以及探頭能多好地反映實(shí)際信號(hào)。為了得到最佳性能，通常需要保持盡可能短的探頭連接，但有時(shí)做不到這一點(diǎn)，因此需要了解各種探頭及其附件配置的性能，懂得各項(xiàng)指標(biāo)間的均衡。

想了解探頭如何干擾被檢測(cè)的信號(hào)，需要測(cè)量探頭輸入阻抗的影響；而想了解探頭能多好地反映出被測(cè)真實(shí)信號(hào)，則需要測(cè)量探頭的響應(yīng)或V_OUT?V_IN。

圖1表示進(jìn)行這兩種測(cè)量的測(cè)試裝置，既可使用三端口網(wǎng)絡(luò)分析儀在頻域進(jìn)行測(cè)量，也可使用高速階躍脈沖源和雙通道示波器在時(shí)域進(jìn)行這些測(cè)量。無(wú)論使用哪種儀器，都是由信號(hào)源通過(guò)50Ω?jìng)鬏斁€驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀或示波器的一個(gè)輸入，探頭輸出V_OUT接到第二個(gè)輸入，探頭輸入接到一個(gè)50Ω直通夾具，然后采用某種探頭附件測(cè)量V_IN，它即代表了探頭輸入。使用帶探頭的示波器可以進(jìn)行定性分析，但要精確評(píng)估探頭性能，還應(yīng)使用高帶寬取樣示波器。

把探頭接至50Ω直通夾具，通過(guò)觀察探頭上的V_IN如何變化，能夠確定探頭輸入阻抗對(duì)信號(hào)的影響。對(duì)于這項(xiàng)測(cè)量，可能更感興趣的是時(shí)域影響。

圖2a表示較差的探頭輸入阻抗對(duì)1.2GHz時(shí)鐘信號(hào)的影響。V_SRC是沒有通過(guò)探頭的信號(hào)，V_IN是使用探頭連接的信號(hào)，顯然此時(shí)探頭對(duì)信號(hào)有嚴(yán)重的干擾，這樣的探頭配置可認(rèn)為是不能接受的。作為比較，圖2b顯示了用較好的探頭進(jìn)行同樣測(cè)量的結(jié)果，此時(shí)探頭對(duì)信號(hào)的干擾要小得多，因而能適應(yīng)測(cè)量的需求。

可以通過(guò)計(jì)算V_OUT與V_IN之比評(píng)估探頭響應(yīng)，為精確表示輸入信號(hào)，在規(guī)定帶寬內(nèi)探頭應(yīng)有平坦的響應(yīng)，這時(shí)測(cè)量應(yīng)使用頻域方法。HSPACE=12 ALT="圖2：探頭輸入阻抗對(duì)1.2GHz時(shí)鐘信號(hào)的影響。A)質(zhì)量較差探頭的負(fù)載影響。B)質(zhì)量較高探頭的負(fù)載影響。

圖3a顯示了較差的探頭響應(yīng)，在觀察具有快跳變沿的信號(hào)時(shí)，1.8GHz處的+3dB峰值將導(dǎo)致相當(dāng)大的過(guò)沖和振鈴。有的廠家通過(guò)專門設(shè)計(jì)使探頭頻響具有尖峰響應(yīng)，以補(bǔ)償探頭輸入阻抗造成的信號(hào)損耗，這種做法有可能使你誤認(rèn)為信號(hào)看來(lái)不錯(cuò)，但實(shí)際上探頭已大大衰減了被測(cè)信號(hào)，從而掩蓋了探頭尖峰響應(yīng)造成的誤差。作為比較，圖3b顯示了較好探頭的響應(yīng)，到2GHz時(shí)探頭響應(yīng)一直是平坦的，然后在預(yù)期的3.5GHz帶寬點(diǎn)產(chǎn)生-3dB衰減。

本文總結(jié)

為了用示波器精確測(cè)量高帶寬信號(hào)，所使用的探頭一定不能對(duì)被測(cè)信號(hào)有明顯的影響和干擾，嚴(yán)重的干擾可能會(huì)導(dǎo)致原本正常的電路工作不正常，或使原本質(zhì)量不錯(cuò)的信號(hào)在示波器上看來(lái)很差。探頭必須不僅要能精確復(fù)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)，同時(shí)還要把對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響降到最低。用本文提供的測(cè)量裝置可精確評(píng)估探頭配置，從而使你更有信心地進(jìn)行高帶寬信號(hào)測(cè)量。