示波器探測執行效能最隹的8大秘訣

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探測技術(shù)對于高品質(zhì)的示波器測量來(lái)說(shuō)，是非常重要的。而探頭通常是示波器測量鏈中的第一環(huán)。如果探頭的性能不足，就會(huì )在示波器上看到失真訊號或誤導訊號。為測試應用選擇恰當的探頭是執行可靠測量的第一步。而如何使用探頭，也會(huì )影響執行精確測量的能力，以至于影響獲得有用的測量結果。本文將透過(guò)8個(gè)重要秘訣，幫助工程師為自己的應用選擇適當探頭，提高示波器探測能力，并避免最常見(jiàn)的探測陷阱。

圖一 : 選擇恰當的探頭是執行可靠測量的第一步。而如何使用探頭，也會(huì )影響獲得有用的測量結果。

秘訣1 無(wú)源探頭或有源探頭

對于低于600MHz的中低頻測量來(lái)說(shuō)，高阻抗無(wú)源探頭是很好的選擇。這些探頭堅固耐用且價(jià)格經(jīng)濟，具有大于300V的寬動(dòng)態(tài)范圍和高輸入阻抗，因此可與示波器的輸入阻抗相匹配。不過(guò)，和低阻抗無(wú)源探頭或有源探頭相比，無(wú)源探頭具有更高的電容負載，而且頻寬較低�？傊�，對于絕大多數類(lèi)比或數位電路的通用除錯和故障診斷來(lái)說(shuō)，高阻抗無(wú)源探頭都是一個(gè)極好的選擇。

對于在寬頻范圍上大于600MHz需要執行精確測量的高頻應用來(lái)說(shuō)，最好選用有源探頭。有源探頭比無(wú)源探頭價(jià)格較高，并且其輸入電壓有限，但是由于它們的電容負載顯著(zhù)降低，因而能更精確地觀(guān)察快速訊號。

秘訣2 使用雙探頭檢查探頭負載

探測電路之前，先將一個(gè)探頭連接到電路上的一點(diǎn)，然后再將第二個(gè)探頭連接到同一點(diǎn)。在理想狀況下，會(huì )看到訊號無(wú)任何變化。如果訊號產(chǎn)生變化，這個(gè)變化是由探頭負載引起的。在理想狀況下，示波器采用無(wú)擾線(xiàn)（具有無(wú)限的輸入電阻、零電容和零電感）連接到待測電路，它能對待測訊號執行精確復制。但在現實(shí)世界中，探頭是測量的一部分，它會(huì )向電路載入負載。

如欲檢查探頭的負載效應，首先要將探頭連接到待測電路或一個(gè)已知的步進(jìn)訊號，另一端連接到示波器的輸入端。在示波器顯示幕上觀(guān)察此軌跡，然后保存，再在顯示幕上調用以使跡線(xiàn)保留在顯示幕上執行比較。之后可將相同類(lèi)型的另一個(gè)探頭連接到同一探測點(diǎn)，觀(guān)察在使用兩個(gè)探頭執行探測時(shí)原始跡線(xiàn)有何變化。為了更隹執行探測，可能需要對探測執行調整，或者使用較低負載的探頭。

秘訣3 使用前的探頭補償

大多數探頭在設計時(shí)，都和特定示波器型號的輸入相匹配。不過(guò)，各個(gè)示波器之間也是略有差別，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也有差別。所以在將探頭連接到示波器的輸入端之前，一定要確保首先檢查探頭補償，因為此探頭先前可能已經(jīng)過(guò)調整，以便和不同的輸入相匹配。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，大多數無(wú)源探頭都采用內建補償RC分壓器網(wǎng)路。探頭補償是調整RC分壓器的過(guò)程，以使探頭維持在額定頻寬上的衰減率。如果示波器能夠自動(dòng)補償探頭性能，使用該功能將會(huì )非常有用。否則，可使用手動(dòng)補償來(lái)調整探頭的可變電容。大多數示波器在前置面板上都可提供方波叁考訊號以對探頭提供補償。

秘訣4 低電流測量秘訣

隨著(zhù)當前電池供電設備和積體電路變得越來(lái)越注重環(huán)保和高效能，工程師迫切需要高靈敏度的低電平電流測量能力，以確保電流消耗處于可接受的范圍之內。需要精確測量功耗的主要應用，是無(wú)線(xiàn)行動(dòng)設備和消費類(lèi)電子產(chǎn)品等使用電池供電的應用。為了盡量延長(cháng)電池的使用時(shí)間，工程師需要最大限度降低產(chǎn)品在整個(gè)使用壽命中的功耗。功率定義為P＝V×I。降低設備功耗的主要方法是在電源電壓固定不變的情況下，減少設備的平均電流消耗。

測量由電池供電的行動(dòng)設備的電流消耗，最主要的挑戰是電流訊號的動(dòng)態(tài)范圍非常寬。行動(dòng)設備通常需要在活動(dòng)狀態(tài)，與閑置或待機電流模式之間來(lái)回切換�？墒�，這種方法并不適合測量從不到1毫安培快速變到幾安培的小電流， 因為鉗形電流探頭的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度都非常有限，僅有幾毫安培。而且，為獲得更精確的測量，工程師必須不定期地對探頭執行消磁處理，以消除探頭核心的殘余磁性，并補償鉗形電流探頭的直流偏置。

秘訣5 使用差動(dòng)探頭執行安全浮動(dòng)點(diǎn)測量

示波器使用者經(jīng)常需要執行浮動(dòng)點(diǎn)測量。在這種測量中，任何測量點(diǎn)都不能潛在接地。在執行標準示波器測量時(shí)，探頭連接到訊號點(diǎn)，探針接地引線(xiàn)連接到電路接地，此時(shí)，示波器實(shí)際測量的是測試點(diǎn)和接地之間的訊號差。大多數示波器都將其訊號接地終端（或BNC介面的外殼）連接至防護接地系統。此舉可使示波器上的所有訊號均有一個(gè)共同的連接點(diǎn)�；�本上，所有示波器測量都是相對于「接地」來(lái)說(shuō)的。本質(zhì)上，將接地連接器連接到任何一個(gè)浮動(dòng)點(diǎn)都可使探測點(diǎn)接地，這常常造成尖峰或電路故障。那么應如何應對這種浮動(dòng)點(diǎn)測量問(wèn)題呢，目前執行浮動(dòng)點(diǎn)測量有一個(gè)很流行，但卻不太可取的解決方案，那就是AB技術(shù)，它使用兩個(gè)單端探棒和示波器的運算函數來(lái)執行浮動(dòng)點(diǎn)測量。

秘訣6 檢查共模抑制

探測時(shí)最易產(chǎn)生誤解的問(wèn)題之一，是共模抑制可能會(huì )影響測量品質(zhì)。無(wú)論是單端探棒還是差動(dòng)探棒，將兩個(gè)探針均連接到待測物的接地，然後觀(guān)察螢幕上是否有任何訊號顯示都是值得的。如有訊號顯示，該訊號顯示的就是由于缺少共模抑制而引起的訊號受影響程度。測量由源頭而非訊號造成的共模雜訊電流，可從待測物的接地流經(jīng)探棒接地，直至探棒電纜遮罩。共模噪音源可能在待測物內部，也可能在其外部，例如電源線(xiàn)雜訊、EMI或ESD電流。單端探棒的長(cháng)接地引線(xiàn)可能會(huì )使該問(wèn)題變得非常明顯。單端探棒常常會(huì )遭到缺少共模抑制的影響。差動(dòng)主動(dòng)探棒則可提供更高的共模抑制比，通�？筛哌_80dB（10,000:1）。

秘訣7 檢查探頭耦合

在將探頭連接至訊號時(shí)，用手抓住探頭電纜并繞圈移動(dòng)。如果螢幕上的波形發(fā)生嚴重改變，那就說(shuō)明能量就已耦合到探頭遮罩，產(chǎn)生了這個(gè)改變。透過(guò)使用探頭電纜上的磁芯來(lái)降低電纜遮罩的共模雜訊電流，可能有助于提高探測精準度。探頭電纜上的磁芯會(huì )生成一系列的阻抗與導體中的電阻并聯(lián)。增加探頭電纜的磁芯對訊號幾乎沒(méi)什么影響，因為訊號通過(guò)中心導體的核心并沿著(zhù)遮罩的核心返回，致使沒(méi)有凈訊號電流經(jīng)過(guò)核心。

因此，電纜磁芯的位置非常重要。為方便起見(jiàn)，可嘗試著(zhù)將磁芯安裝在示波器一端。這將使探頭變得更輕、更易于操作。不過(guò)，在將磁芯安裝到電纜的探頭介面端時(shí)，磁芯的有效性將會(huì )大大降低。減少單端探頭接地引線(xiàn)的長(cháng)度將會(huì )有 一定的幫助作用，轉而采用差動(dòng)探頭是最有效的措施。很多用戶(hù)都不能理解探頭電纜環(huán)境的改變會(huì )造成測量結果的改變，尤其是在執行高頻測量時(shí)，它會(huì )造成測量可重復性和測量品質(zhì)的下降。

秘訣8 阻尼諧振

探頭性能受到探頭連接的高度影響。由于設計中訊號速度的提升，因此在連接示波器探頭時(shí)可能會(huì )發(fā)現更多過(guò)沖、振蕩和其他擾動(dòng)。探頭會(huì )在與元件的連接位置形成一個(gè)諧振電路。如果諧振位于示波器探頭頻寬內，確定測量擾動(dòng)源于電路或是探頭將變得十分困難。

應用方案
是德科技Infiniium V系列示波器

是德科技：「我們讓開(kāi)發(fā)工程師能夠精準洞察所量測到的信號�！�

全球示波器擁有12億美元的市場(chǎng)規模，如此大的一塊餅，當然也吸引了許多廠(chǎng)商競相開(kāi)發(fā)更好的產(chǎn)品，來(lái)獲取更大的商機。而在高階示波器市場(chǎng)上，是德科技也持續扮演著(zhù)領(lǐng)導者的角色。面對高速數位訊號測試需求不斷提升的情況下，是德科技也推出全新的Keysight Infiniium V系列示波器，來(lái)補足高階示波器市場(chǎng)的最後一塊拼圖。

Keysight Infiniium V系列問(wèn)世後，工程師便可又快又準確地執行所有測試，進(jìn)而更快將新產(chǎn)品推出上市，并且增強對設計品質(zhì)的自信度。

泰克科技DPO70000SX 70GHz ATI高效能示波器

泰克科技：「這是首見(jiàn)的高效能整合式MSO系列產(chǎn)品�！�

泰克科技推出MSO70000系列混合訊號示波器，該公司表示，此為首見(jiàn)的高效能整合式MSO系列產(chǎn)品。這部?jì)x器擁有多達二十個(gè)量測通道，可以4～20GHz的類(lèi)比頻寬和80ps 的數位通道時(shí)序解析度進(jìn)行擷取。隨著(zhù)MSO70000的推出，泰克科技現在在市場(chǎng)上擁有完整的混合訊號示波器產(chǎn)品組合；提供十七款MSO機型，從可攜式的MSO2000一直到市面上快速的 20GHz MSO72004混合訊號示波器。
MSO已成為嵌入式系統工程設計的首選工具，這個(gè)領(lǐng)域對建立類(lèi)比與數位訊號的關(guān)聯(lián)有強烈的需求�，F今，網(wǎng)路交換器和資料伺服器等嵌入式系統正采用更快速的技術(shù)，因而需要更高效能的MSO。其他如高速串列與數位射頻的應用領(lǐng)域，也需要完整的系統能見(jiàn)度。隨著(zhù)MSO70000系列的推出，泰克科技提供了良好的類(lèi)比/數位擷取效能與多樣化的探測方案。
羅德與施瓦茨RTP示波器

中國臺灣羅德與施瓦茨：「我們正式進(jìn)軍高階示波器市場(chǎng)！」

R&S RTP系列在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，特別著(zhù)重于量測精準度、速度和新技術(shù)，并完整地結合多種儀器功能，是研發(fā)過(guò)程中故障排除的絕隹選擇，例如測試具快速數位介面或寬頻無(wú)線(xiàn)射頻傳輸介面的嵌入式元件。R&S RTP高效能示波器結合了訊號完整性與高擷取速率，在標準擷取模式下，每秒可量測一百萬(wàn)個(gè)波形，比其他同類(lèi)示波器快一千倍以上，能幫助使用者更快地發(fā)現零星錯誤，并可即時(shí)補償訊號源到示波器之間的傳輸損耗。

此外，R&S RTP 可滿(mǎn)足高頻應用量測需求，舉凡航空、國防、汽車(chē)、工業(yè)和通訊等領(lǐng)域；同時(shí)亦適用高速數位介面測試如高速匯流排（USB、PCI Express、MIPI）、無(wú)線(xiàn)電或雷達等射頻介面、DDR記憶體介面、電源管理元件，及簡(jiǎn)單的控制和編程匯流排。R&S持續致力于示波器市場(chǎng)的創(chuàng )新，透過(guò)發(fā)表新一代R&S RTP系列，R&S宣告正式進(jìn)軍高階示波器市場(chǎng)。

NI PXI架構高速示波器

國家儀器：「PXI架構可大幅縮短測試時(shí)間�！�

NI高速示波器具有強大的儀器整合，再加上高輸出PXI匯流排有助于縮短測試時(shí)間，非常適合高頻寬自動(dòng)化量測作業(yè)。NI高速示波器搭載了NI專(zhuān)利T-Clock同步化技術(shù)，可藉此建置高達34個(gè)相位同步1GS/s通道所組成的系統，并且進(jìn)一步整合其他NI硬體，打造出完整的自動(dòng)化混合式訊號測試系統。

大多數的自動(dòng)化測試與多重工作臺應用，均需要多類(lèi)型的儀器，如示波器、訊號產(chǎn)生器、數位波形分析器、數位波形產(chǎn)生器，與切換器等。PXI與NI模組化儀器既有的時(shí)序與同步化功能，可同步上述的所有儀器，且不需額外接線(xiàn)。PXI的模組化特性大幅提升了速度，且使用者不需再耗時(shí)操作，進(jìn)而提高效率。