隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)和通信在速度上的高速發(fā)展，測試測量對探頭的要求也越來越高，探頭對信號再現(xiàn)的精確性、抗干擾能力以及與各種附件如接地線和插頭適配器的協(xié)同性等問題日益受到人們的重視。本文提供一種驗(yàn)證各種探頭配置性能的簡單方法，提高工程技術(shù)人員對使用高帶寬探頭進(jìn)行測量的信心。
示波器探頭有兩個(gè)重要的性能問題需要考慮，即探頭對被測信號的影響和干擾有多大，以及探頭能多好地反映實(shí)際信號。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的信號，需要測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真實(shí)信號，則需要測量探頭的響應(yīng)或VOUT?VIN。
圖1表示進(jìn)行這兩種測量的測試裝置，既可使用三端口網(wǎng)絡(luò)分析儀在頻域進(jìn)行測量，也可使用高速階躍脈沖源和雙通道示波器在時(shí)域進(jìn)行這些測量。無論使用哪種儀器，都是由信號源通過50Ω傳輸線驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)分析儀或示波器的一個(gè)輸入，探頭輸出VOUT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量VIN，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，通過觀察探頭上的VIN如何變化，能夠確定探頭輸入阻抗對信號的影響。對于這項(xiàng)測量，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1.2GHz時(shí)鐘信號的影響。VSRC是沒有通過探頭的信號，VIN是使用探頭連接的信號，顯然此時(shí)探頭對信號有嚴(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)行同樣測量的結(jié)果，此時(shí)探頭對信號的干擾要小得多，因而能適應(yīng)測量的需求。
可以通過計(jì)算VOUT與VIN之比評估探頭響應(yīng)，為精確表示輸入信號，在規(guī)定帶寬內(nèi)探頭應(yīng)有平坦的響應(yīng)，這時(shí)測量應(yīng)使用頻域方法。HSPACE=12 ALT="圖2：探頭輸入阻抗對1.2GHz時(shí)鐘信號的影響。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時(shí)，1.8GHz處的+3dB峰值將導(dǎo)致相當(dāng)大的過沖和振鈴。有的廠家通過專門設(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損耗，這種做法有可能使你誤認(rèn)為信號看來不錯(cuò)，但實(shí)際上探頭已大大衰減了被測信號，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量高帶寬信號，所使用的探頭一定不能對被測信號有明顯的影響和干擾，嚴(yán)重的干擾可能會導(dǎo)致原本正常的電路工作不正常，或使原本質(zhì)量不錯(cuò)的信號在示波器上看來很差。探頭必須不僅要能精確復(fù)現(xiàn)被測信號，同時(shí)還要把對被測信號的影響降到最低。用本文提供的測量裝置可精確評估探頭配置，從而使你更有信心地進(jìn)行高帶寬信號測量。
作者：Johnnie Hancock
全球市場經(jīng)理
安捷倫科技公司
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