如何选择合适的示波器探针

下载本文的。pdf格式 这种文件类型包括高分辨率的图形和原理图(如适用)。

Daniel Bogdanoff, Keysight技术公司示波器产品经理

实际上有数百种不同的示波器探头可供选择（图。1）那么，你如何选择正确的选择呢?没有单一的答案，因为所有的设计都是不同的。为了在决策过程中提供帮助，这里有一些您需要考虑的不同探测特征。

带宽

探测器的带宽通常是它的横幅规格。它本质上描述了探头能够传递到示波器的频率有多高。在投资一个新的探针之前，你应该考虑你的信号频率的速度。根据经验，你的探测器应该比你希望看到的最快信号至少快3到5倍。

衰减率

1.芯片上工作的探头。

探针具有不同的（有时可切换的）衰减比率，其改变信号如何进入示波器。例如，连接到1 V信号的10：1探针将通过100 mV到范围的输入。范围将读取探头的衰减比率，并在屏幕上显示正确的信号值，以便您无需在头部中进行计算。

具有更高的衰减比(100:1,1000:1)可以让你看到更高的电压，但它也会使示波器内部放大器的噪声更明显。衰减比越高，你会看到更多的范围噪声。例如，一个10:1的探测器将显示10X的噪声。这可能会使您认为应该始终使用1:1探查。不是真的!低衰减探头通常在系统上有更高的负载，这就引出了我们要考虑的下一个探头特性。

探针装载

将任何东西连接到您的测试设备(DUT)将改变您系统的固有电气特性。尽管我们在研发方面付出了最大的努力，但探测器仍然受制于物理定律。(如果我们绕过这个讨厌的障碍，我们一定会让你知道!)所以，任何时候你在探测你的系统，它会影响你的设备。不必要地加载系统会导致不准确的测量，甚至改变示波器屏幕上波形的形状!

探测负载也不仅仅是电阻性的;它们具有固有的电容效应和诱导效应。电容效应通常是最难处理的，并且对频率非常敏感。过多的电容负载会降低系统的带宽，有效地降低了信号的上升和下降时间。如果上升/下降时间慢得太多，您将开始在系统中看到比特错误。

一般来说，探头的衰减比越高，电容负载越低。因此，1:1的探针可能不是最好的选择。通常，1:1探针的电容负载在100 pF左右，而10:1探针的电容负载通常在10 pF的范围内。因此，即使1:1探针有助于降低示波器放大器的噪声，也有一个权衡。

高端示波器通常使用数字信号处理(DSP)来补偿探针负载，但完全消除探针负载是不可能的。因此，请确保您选择的探针具有适合您的设计参数的阻抗值。

另一种帮助减少探针负载的方法是使用活动探针。

主动探测与被动探测

如果需要查看高带宽，许多工程师只会考虑有效探针。然而，来自活性探针的探针载荷显着低于无源探针的探针。通过将高频放大器设计到探头头中，探头电缆和示波器前端与您的DUT隔离。这可以使探针加载到1 PF或更好。

但是，这对你的测量有何意思？让我们看一下1.1-NS上升时间的系统。传统智慧会告诉您，您只需要大约300 MHz的带宽。使用公式：

所需带宽= 0.34/rise_time

因此，我们使用Active Probe设置了我们的系统并测量了我们的边缘，并看到1.1-NS上升时间。然后，我们断开有源探头并连接自由的范围500-MHz无源探头。随后，我们测量上升时间并看到它已更改为1.5 ns。发生了什么？被动探头的电容正在为我们的系统添加更多负载，并且在省略额外负载时遇到问题。探头的额外负载扭曲了设备的信号！可以清楚地看到测量的边缘速度的差异图2。

2.图中显示的是使用主动探针和被动探针测量边缘速度的差异。

那么，我应该使用带有示波器的被动探头吗？是的！被动探针很棒定性测量（即检查时钟频率，浏览错误等）。但是，活跃的探针Excel定量测量输出纹波或上升时间。虽然主动探针的成本高于被动探针，但它们可以在测量精度上有很大的不同。

如果您想知道有多少探测正在加载您的系统，可以对DUT进行双重探测。首先，在你的DUT上连接一个探针到一个已知的阶跃信号(或尽可能接近你能得到的)。在屏幕上观察和/或保存波形。然后，让第一个探针连接，将第二个探针连接到相同的位置，观察你的边缘速度的变化。

探针补偿范围

探针补偿使得可以调整探针的阻抗来微调您的收购系统。由于不同的分量值，示波器的输入阻抗可能因模型而变化，甚至从通道到通道。

被动探针通常具有可调的输入阻抗，允许您阻抗匹配探头和范围。这可确保您的探测器将按预期执行其额定带宽。探头的阻抗通常可以使用小（包括的）螺丝刀在探针上调整。无花果。那4.,5.举例：

3.这张截图显示了一个过度补偿的探头;信号应该是方波。

4.Here’这就是补偿过的探测器的样子。

5.这张截图显示了一个补偿不足的探头;在这种情况下，信号也应该是方波。

所有这些屏幕截图都使用相同的探头和信号;只有探针补偿发生了变化。

您的示波器将具有“典型的”输入电容值，并且您希望确保探测器的补偿范围可以匹配。如果您的探测器无法完全弥补您的范围，您将获得子对准，特别是在测量更高频率时。

连接到您的设备

评估探测时要考虑的另一个问题是如何在物理上连接到系统。对于低频测量，被动式探头上的抓取帽可能就足够了。但是，随着系统带宽的增加，您需要考虑其他选项。

你可以使用ZIF提示，SMA探头头，焊接探头头，或我最喜欢的探针：N2848A磁性Quicktip Head？这些问题超出了本文的范围，但对需要查看快信号的工程师至关重要。确保您正在设计可以探测的板，并选择将提供与您的电路板有良好连接的探针。地面铅的长度也是连接您的设备的重要组成部分，因为它可以充当天线。

相互依赖调查

可以使用许多不同类型的探测，这取决于您正在探测的信号。信号的类型可以显著缩小您的探头选择。你们的信号是不同的吗?使用差分探头，消除共模噪声。测量电流?使用电流探头而不是感应电阻和电压探头。测量极高的电压?不要冒生命危险，使用具有超高衰减率的高压探头。

其他的考虑

值得注意的是，您的整个采集系统的带宽是重要的，而不仅仅是您的探针。根据下面的公式，示波器的带宽和探针的带宽都会影响系统的总带宽:

假设你有一个200兆赫的scope和一个200兆赫的probe。你的系统带宽大概是141兆赫。

此外，探头通常附带探头配件套件。在点餐之前，重要的是要知道什么是包括的，什么是不包括的。

封闭的思想

对于您想要测量的几乎每一个信号，都有许多类型的探头可用。为了避免混淆，请遵循基本原则:带宽、衰减比和加载。充分理解这些规格将有助于指导您通过许多选项，并帮助您选择正确的探针。