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示波器探头的11个误区

2016年6月15日
许多示波器用户通过忽略平面示波器探头的重要性,用户在脚上无意识地射击。
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Kenny Johnson,探测和互连专家,Keysight Technologies

只是关于所有操作的每个人都使用示波器使用示波器探头一次或另一个。有些人有良好的经历,而其他人则可能是不利的 - 可能是由于自己的行为。本文将尝试消除关于示波器探针的一些神话和半真半假,以便其用户可能获得更有利的结果。

1.对于100 MHz“信号”,使用100MHz探头。

示波器探头的带宽指定了与产品响应的-3-dB点使用的示波器相同的方式。为了说明这一点,如果使用100MHz带宽探针来测量100MHz,1V p-P正弦波,则探针的输出将指示正弦波的0.7V P-P幅度。因此,100MHz探针不足以测量100MHz信号。

广泛接受的拇指规则是使用具有3倍至5倍的探头时钟频率或数字系统中最快的拨动速率。这使得可以捕获时钟或数字信号的基本频率的第三或第五谐波,从而导致示波器的屏幕​​上的信号,更准确地表示具有方形边缘的真实信号。另一个有用的拇指规则是BW×Tr = 0.35(10-90 TR)。使用这一拇指的规则,可以确定测量可以测量的给定上升时间或最快边缘的所需带宽,这些带宽可以测量一定带宽的探针。

2.仅用于高带宽测量所需的有源探针。

主动探针最常被忽视的优点之一是它们的低负载。每当探针接触到一个目标时,这个探针就成为它所测量的电路的一部分。探头和电路之间这种密切接触的效果称为探头负载。载荷越大,探头对被测信号的干扰就越大。

探头制造商指定了探针的输入电阻和电容。典型的500-MHz无源探针与9.5pF平行,典型的1-GHz活性探针平行为1 m·“|与1pF平行。在DC时,无源探针将看起来像探测电路的10m·的阻抗,而活性探针将是1m·“|。两者都是非常大的阻抗,这意味着对低频信号没有可感知的影响。在较高频率下,探头的电容将开始对测量的电路产生不利影响。

这个1ghz单端有源探头(关键n2795a.)包括一个LED “headlight”,可以打开/关闭,照亮小的,严密的探测位置。

例如,在75MHz处,无源探头的电容将呈现150-“阻抗,而活性探针的电容将向地面呈现2.5-k”的抗冲击。活性探针的较小电容将导致AC信号含量的负载较少,而无源探针。

3.所有探测器都是10:1。

探头对被测信号进行衰减,使示波器接收到的信号不超过示波器的输入范围。当测量较大的电压时,采用10:1、50:1、100:1等较大的衰减比,而当测量较小的电压时,采用2:1、1:1等较小的衰减比。

测量系统的噪声(示波器噪声加上探头噪声)与探头的衰减比成比例增加。在选择探针时,这是一个重要的考虑因素。10:1的无源探头和1:1的无源探头都可以用于测量1 v p-p信号,但1:1的无源探头将产生更有利的信噪比。

4.建立牢固的联系,然后就可以出发了。

这种误解可能会出现在探针中包括大量连接配件时,旨在简单地将它们连接到探针和目标是唯一的考虑因素。这些配件包括对用户的便利性,使得它们可以进行简单且快速的定性测量 - 检查供应是否存在,或者时钟是否正在切换。

在进行定量测量 - 上升时间,时期,过冲等 - 最好卸下附件并使用最短的连接。较长的附件在探头的信号路径中添加电感,大大减小其带宽,同时增加探头的电路加载正在测试的电路。

地面是地面。

这句话似乎是不言自明的,但对示波器探头来说可能不是这样。误差发生在探头与地面的连接方式上。探头的接地引线具有电感的特性——它的阻抗与频率成比例地增加。接地引线越长,电感越强,其阻抗出现问题的频率就越低。

所发生的是回流电流流过探头的屏蔽层遇到这个阻抗。这将减少探针的带宽,并在被观察的信号上创建振铃。此外,接地引线越长,引线产生的环路面积越大,接收杂散噪声的天线也就越大。最好尽可能使用最短的接地。

6.使用电流探头和电压探头来测量功率。

POWER =电压×电流,因此上述语句似乎是真的。谎言是陈述未完成。用示波器准确测量功率,电压探头和电流探头需要脱宽。

电压探头和电流探头的电长通常不一样。这是由于电缆长度和设备延迟,并且导致两次探测器在不同时间到达示波器的信号。效果是,对于像开关模式电源的系统,其中电压和电流都是动态变化的,电压×电流的乘积将不正确。

探测探头将消除两个探针之间信号过渡时间的差异并纠正错误。正在使用的探针的文档将包含有关此过程的详细信息。它通常需要探测所知道的信号,例如由制造商提供的脱离纤维装置,通过调整示波器上的信道延迟时及时对准它们。许多示波器具有内置的De-Skew操作,这使得探测校准信号一旦校准信号就会自动化。

7.使用直流块/交流耦合去除直流。

很多时候,需要分析的信号是一个相对较大的直流信号之上的交流信号。一个流行的例子是测量直流电源的纹波和噪声。“老派”的方法是把一个大电容串联在探头来拒绝直流分量,这样信号就可以集中在屏幕上并放大进行分析。更好的方法是使用具有“探测偏移量”功能的探测,例如Keysight的N7020A电源轨探头。

探针偏移是当范围和探头将空电压注入探针时,理想地在探头的大电阻尖端电阻后面。使用探测偏移的好处是它只删除DC。使用DC块时,还会过滤出低频内容。在测量直流电源上的纹波和噪声的情况下,DC块可以过滤输出低频供应漂移和电源压缩。

探测偏移的另一个优点是用户在偏移量中拨打。因此,示波器知道删除了多少DC,并且可以在任何数学或自动测量中显示信息并使用它。

8.不要把探测仪放在温度室中。

有一段时间是真正的陈述。但是,当今用户可以使用几种高温选项。例如,关键提供一系列电压和电流探头,可用于环境室,并在-50°至+ 150°C的温度下操作。除了高温功能外,这些探针还提供更长的电缆,使得它们可以从腔室内到腔室外的测试设备所在的腔室。

9.电流探头对于测量“小”电流是没有用的。

许多示波器电流探头的用户在尝试测量小电流(1-50毫安)时都有过不愉快的经历,并发现电流探头在测量和测量之间的变化大于被测量的电流。这是由于各种各样的因素,如导线通过探头的位置的变化,探头的热漂移,剩余磁化,或外部信号耦合到用于测量电流的导线回路。

一种新的目前探针,如关键sN2820A高灵敏度电流探头,定制测量以测量非常小的电流(微安和下面)。他们抛弃了先前的传感磁场的方法,而是依靠欧姆的法律。这些差电压探头测量从1M·“|到1 m”的感测电阻上的电压测量,并在示波器上显示在AMPS中的结果测量。该方法消除了先前提到的误差源,允许用户使用示波器准确地测量非常小的电流。

10.在驱动范围的同时使用两个探针是不可能的。

来自探针制造商的两种产品,宣传较少,通常不会被忽视是探针支架和探针定位器。这些方便的配件作为额外的手,使用户能够同时探测许多位置的同时操作示波器。它们的复杂性从一个简单的双端部附着到探头,该探头创建一个稳定的三脚架(探头是第三腿)到多轴 - 无限定位支架,可以将探头保持在允许探测垂直和水平的方向上目标。

11.现在很难探测到高密度的目标。

高密度目标的探测并不像许多用户可能思考那么困难。探头制造商始终创造新的附件或探针线,以便于探测高密度目标。它们缩小了新的被动探头的直径,使其更容易看到目标,或者在某些情况下,将前灯添加到它们的主动探针以照亮目标。甚至还有一个新型磁探头头,关键N2851A,用户将一个小探针连接点焊接到目标;探针连接到探针部位,并由探针内的小磁铁固定在适当的位置。然后,探针可以很容易地从一个位置移动到另一个位置,让磁铁来完成这项工作。

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