示波器探头如何影响您的测量
用户经常忘记或忽略的一个测量陷阱是探针加载的影响。最终，您需要选择符合以下条件的示波器探头:
忠实地将信号从被测设备传输到示波器
请勿打扰!这意味着您要选择一个尽可能少地改变测试点信号的探头
图1.探头输入规格.
如果我将15 pF的电容器从电路中的随机位置焊接到地面，您会期望电路的行为有所不同吗？你当然会.因为示波器探头具有电容、电阻和电感，所以它会影响您正在测量的信号，并可能影响电路的操作。为了在示波器上产生电压波形，探针尖端将汲取一些电流; 它是导电的。由于探针尖端必须汲取一些电流，因此会干扰或加载电路。有两种与加载电路的探针有关的探针规格，这些负载因素是输入电阻和输入电容。图1中示出了探头输入阻抗数据表规格的示例以及如何对这些规格进行建模的示例。
图2.输入电阻规格。
输入电阻规格
让威客电竞官网首先研究输入电阻规格。探头和示波器输入电阻将降低被测信号的幅度，如图2右侧波形所示。加载信号的波形形状将非常类似于源信号，但是幅度将改变。源信号的幅度降低多少通常取决于源电阻，因为大多数随示波器提供的无源探头具有非常大的10 m Ω 输入电阻。
探头的输入电阻与示波器的输入电阻相结合，使测量系统像分压器一样工作。在等式1中示出了对输入电阻的影响的计算。
公式1.输入电阻计算。
公式2.实际输入电阻计算。
理想情况下，Vmeas将等于V来源因为测试点处的信号将保持不变。在现实中，探头和示波器的输入电阻会对被测幅度产生一些影响。为了最小化电阻负载，探针通常具有大的输入电阻，并且对于大多数应用，探头的输入电阻不太可能导致显著的探头负载，因为大多数与示波器一起提供的10X无源探头具有10 m Ω 的输入电阻。等式2示出了系统的大输入电阻如何对电路造成非常小的负载或干扰。
图3.测试设置，显示了测试点处的探针加载。
如公式2所示，测量系统的大10mΩ 输入电阻对测量信号的影响很小。在该示例中，在4.9995v处计算测量信号，其是5 v源信号的99.99%。回顾方程式和模型有助于提供输入电阻的学术概述，但是查看探针加载影响的最佳方法是显示测试点处的信号如何变化。图3显示了使用具有50Ω 源电阻的电压源、测试夹具和示波器的测试设置。测试夹具具有焊接到其上的200Ω 电阻器和可变电容器。您可以清楚地看到测试夹具直接连接到示波器，测试夹具的输出连接到通道1。此设置旨在显示测试点发生的情况，并观察探针加载的影响。示波器显示测试夹具的输出，而不是探头的输出。
图4.电阻负载的影响。
在10 m Ω 的情况下，很难看到DUT处的输入电阻的影响。为了了解输入电阻如何影响测试点处的信号，图4显示了焊接到测试夹具中以夸大效果的200Ω 电阻器的效果。参考波形是源信号，通道1是由200Ω 电阻器的输入电阻加载的源信号。打开测量以观察参考波形和加载波形的幅度和上升时间。加载波形的波形形状与源信号的上升时间相似，但幅度已减小。
输入电容规格
在为其应用选择合适的探头时，大多数用户通常会查看探头的带宽、动态范围，甚至输入电阻规格。在评估探头的负载特性时，大多数用户会看到10 m Ω 的输入电阻值，并得出结论认为探头具有足够的负载能力。一个关键的探头规格几乎总是被忽视的是探头的输入电容。当测量较低频率的信号时，探针的电容具有非常高的电抗，并且探针负载没有那么多。然而，随着测量信号的频率增加，电容性电抗减小。在较高的频率下，探针的阻抗降低，导致更大的探针负载。探头的输入电容越大，当测量频率增加时，它对电路的干扰或负载就越大。
图5.输入电容.
输入电容的影响显示在图5右侧的波形上。与源信号相比，受较大输入电容值影响的波形具有圆角的前角。大电容值的后果是严重的，因为信号的前沿包含高频成分。当这一关键信号内容受到损害时，人们不得不质疑测量结果是否可靠。选择探头时，用户需要确定具有最低输入电容的探测解决方案。
公式3.输入电容计算。
使用来自图5的简单模型，一阶等式示出较大的输入电容将导致显著较慢的上升时间和较低的带宽。基于等式3中的上升时间计算，在较大的输入电容和较慢的上升时间之间存在明显的关系。
图6.电容负载的影响。
使用图3的测试设置，焊接到测试夹具中的可变电容器现在将连接到信号带状线，以显示探针输入电容的影响。在将可变电容器调节到50 pf的情况下，电容性负载的影响如图6所示。再一次，源信号被示为标识为R1的参考波形，并且通道1是测试夹具的输出，其是由可变电容器加载的波形。
测量结果表明，参考波形与加载波形之间的幅度和升高存在差异。电容负载的影响是显而易见的。前沿已经退化，上升时间明显变慢，并且存在较小的相移。
图7.来自Agilent无源探头的探头负载，输入电容为9.5 pF。
图8.来自Tektronix无源探头的探头负载，输入电容为3.9 pF。
示波器附带的无源探头如何加载信号？
前面部分中的测试设置使用简单的电阻和电容组件来隔离输入电阻和输入电容的影响。现在，让威客电竞官网将注意力转向由示波器附带的一些无源探头引起的输入电容的影响。
让威客电竞官网首先检查安捷伦无源探头的加载效果，该探头与示波器一起标准发货。该探头具有许多用户正在寻找的规格: 500 MHz带宽，300 V CAT II动态范围和10 m Ω 输入电阻。该探头还具有9.5 pF的输入电容，可与其他供应商提供的无源探头相媲美。使用与图3相同的测试设置，将Agilent无源探头连接到测试夹具，如图7左上角所示。探针尖端被施加到信号路径，并且短接地弹簧接地。输入电容的影响是明显的。图7中加载波形的前角被降级，上升时间明显变慢。您现在测量的信号看起来与原始源信号非常相似。当信号通过探头电缆到达探头的补偿盒并最终到达示波器时，该劣化信号将进一步改变。该测试信号必须由探头和示波器重建，以使其看起来像原始信号。当您执行重要的电路验证时，这种负载或干扰将产生不利影响。
由于电容负载的不利影响，泰克包括一系列新的无源探头及其示波器，具有业界最佳的3.9 pF输入电容。这些产品是TPP1000、TPP0500B和tpp0250。将TPP0500B连接到测试夹具如图8所示，具有低输入电容的探头的好处是显而易见的。通道1上的信号是加载的波形，几乎与源信号相同。此外，加载波形的上升时间受到的影响最小。再一次，你想用一个伤害较小的探头进行测量，这意味着它只会对你测量的信号产生最小的影响。泰克的低电容无源探头几乎提供了有源探头的探头负载优势。
图9.使用Agilent和Tektronix无源探头的电容负载比较。
图9比较了安捷伦标准探针与泰克TPP0500B的电容负载。差异是戏剧性的。在当今世界，信号具有更快的边缘和更紧密的利润，因此设计人员必须努力建模，运行仿真并验证设计。当您在设计过程中花费大量时间和精力时，您不想对测量系统进行第二次猜测，也不想因为测量不准确而花费额外的时间进行故障排除。在这种情况下，人们将不得不质疑探针负载的影响是否是验证设计的薄弱环节。
图10.电容性负载可能会影响电路运行.
探针的负载影响不仅可能导致测量不准确，而且还可能影响电路操作。在图10所示的示例中，探头的大输入电容导致信号无法满足关键的设置和保持时间要求。您还可以看到降级的前沿或振铃如何导致反射，从而损害信号保真度。当你验证你的设计时，你最不想做的就是与测试设备作斗争。通过选择具有低输入电容的探针来选择将引起较少干扰的探针是至关重要的。
结论
选择探头时，用户将首先查看被认为是带宽和动态范围的横幅规格。知识渊博的用户甚至可以检查输入电阻，以确保它是一个大值。然而，经常被忽视的关键规格是探针的输入电容。使用具有较小输入电容的探针很重要，因为它将导致较少的干扰或负载。
您可能正在使用具有较大输入电容的探头，并且您正在获得所需的结果。问题是，这些结果是真实可靠的吗？测试点可能发生的事情比您考虑的要多，仅仅因为探针重建了您期望看到的信号并不意味着您的结果是准确的。使用具有较小输入电容的探头将在测试点产生较少的干扰或负载，这大大增加了您获得更高精度测量的可能性
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