示波器探測執(zhí)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)的示波器測量來說，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，就會在示波器上看到失真訊號或誤導(dǎo)訊號。為測試應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)奶筋^是執(zhí)行可靠測量的第一步。而如何使用探頭，也會影響執(zhí)行精確測量的能力，以至于影響獲得有用的測量結(jié)果。本文將透過8個重要秘訣，幫助工程師為自己的應(yīng)用選擇適當(dāng)探頭，提高示波器探測能力，并避免最常見的探測陷阱。

圖一 : 選擇恰當(dāng)?shù)奶筋^是執(zhí)行可靠測量的第一步。而如何使用探頭，也會影響獲得有用的測量結(jié)果。

秘訣1 無源探頭或有源探頭

對于低于600MHz的中低頻測量來說，高阻抗無源探頭是很好的選擇。這些探頭堅(jiān)固耐用且價格經(jīng)濟(jì)，具有大于300V的寬動態(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，和低阻抗無源探頭或有源探頭相比，無源探頭具有更高的電容負(fù)載，而且頻寬較低。總之，對于絕大多數(shù)類比或數(shù)位電路的通用除錯和故障診斷來說，高阻抗無源探頭都是一個極好的選擇。

對于在寬頻范圍上大于600MHz需要執(zhí)行精確測量的高頻應(yīng)用來說，最好選用有源探頭。有源探頭比無源探頭價格較高，并且其輸入電壓有限，但是由于它們的電容負(fù)載顯著降低，因而能更精確地觀察快速訊號。

秘訣2 使用雙探頭檢查探頭負(fù)載

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

如欲檢查探頭的負(fù)載效應(yīng)，首先要將探頭連接到待測電路或一個已知的步進(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察此軌跡，然后保存，再在顯示幕上調(diào)用以使跡線保留在顯示幕上執(zhí)行比較。之后可將相同類型的另一個探頭連接到同一探測點(diǎn)，觀察在使用兩個探頭執(zhí)行探測時原始跡線有何變化。為了更隹執(zhí)行探測，可能需要對探測執(zhí)行調(diào)整，或者使用較低負(fù)載的探頭。

秘訣3 使用前的探頭補(bǔ)償

大多數(shù)探頭在設(shè)計(jì)時，都和特定示波器型號的輸入相匹配。不過，各個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(bǔ)償，因?yàn)榇颂筋^先前可能已經(jīng)過調(diào)整，以便和不同的輸入相匹配。

為了解決這個問題，大多數(shù)無源探頭都采用內(nèi)建補(bǔ)償RC分壓器網(wǎng)路。探頭補(bǔ)償是調(diào)整RC分壓器的過程，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補(bǔ)償探頭性能，使用該功能將會非常有用。否則，可使用手動補(bǔ)償來調(diào)整探頭的可變電容。大多數(shù)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(bǔ)償。

秘訣4 低電流測量秘訣

隨著當(dāng)前電池供電設(shè)備和積體電路變得越來越注重環(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(nèi)。需要精確測量功耗的主要應(yīng)用，是無線行動設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等使用電池供電的應(yīng)用。為了盡量延長電池的使用時間，工程師需要最大限度降低產(chǎn)品在整個使用壽命中的功耗。功率定義為P＝V×I。降低設(shè)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(shè)備的平均電流消耗。

測量由電池供電的行動設(shè)備的電流消耗，最主要的挑戰(zhàn)是電流訊號的動態(tài)范圍非常寬。行動設(shè)備通常需要在活動狀態(tài)，與閑置或待機(jī)電流模式之間來回切換。可是，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?yàn)殂Q形電流探頭的動態(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(zhí)行消磁處理，以消除探頭核心的殘余磁性，并補(bǔ)償鉗形電流探頭的直流偏置。

秘訣5 使用差動探頭執(zhí)行安全浮動點(diǎn)測量

示波器使用者經(jīng)常需要執(zhí)行浮動點(diǎn)測量。在這種測量中，任何測量點(diǎn)都不能潛在接地。在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)示波器測量時，探頭連接到訊號點(diǎn)，探針接地引線連接到電路接地，此時，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(shù)示波器都將其訊號接地終端（或BNC介面的外殼）連接至防護(hù)接地系統(tǒng)。此舉可使示波器上的所有訊號均有一個共同的連接點(diǎn)。基本上，所有示波器測量都是相對于「接地」來說的。本質(zhì)上，將接地連接器連接到任何一個浮動點(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(yīng)如何應(yīng)對這種浮動點(diǎn)測量問題呢，目前執(zhí)行浮動點(diǎn)測量有一個很流行，但卻不太可取的解決方案，那就是AB技術(shù)，它使用兩個單端探棒和示波器的運(yùn)算函數(shù)來執(zhí)行浮動點(diǎn)測量。

秘訣6 檢查共模抑制

探測時最易產(chǎn)生誤解的問題之一，是共模抑制可能會影響測量品質(zhì)。無論是單端探棒還是差動探棒，將兩個探針均連接到待測物的接地，然後觀察螢?zāi)簧鲜欠裼腥魏斡嵦栵@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(nèi)部，也可能在其外部，例如電源線雜訊、EMI或ESD電流。單端探棒的長接地引線可能會使該問題變得非常明顯。單端探棒常常會遭到缺少共模抑制的影響。差動主動探棒則可提供更高的共模抑制比，通常可高達(dá)80dB（10,000:1）。

秘訣7 檢查探頭耦合

在將探頭連接至訊號時，用手抓住探頭電纜并繞圈移動。如果螢?zāi)簧系牟ㄐ伟l(fā)生嚴(yán)重改變，那就說明能量就已耦合到探頭遮罩，產(chǎn)生了這個改變。透過使用探頭電纜上的磁芯來降低電纜遮罩的共模雜訊電流，可能有助于提高探測精準(zhǔn)度。探頭電纜上的磁芯會生成一系列的阻抗與導(dǎo)體中的電阻并聯(lián)。增加探頭電纜的磁芯對訊號幾乎沒什么影響，因?yàn)橛嵦柾ㄟ^中心導(dǎo)體的核心并沿著遮罩的核心返回，致使沒有凈訊號電流經(jīng)過核心。

因此，電纜磁芯的位置非常重要。為方便起見，可嘗試著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，在將磁芯安裝到電纜的探頭介面端時，磁芯的有效性將會大大降低。減少單端探頭接地引線的長度將會有 一定的幫助作用，轉(zhuǎn)而采用差動探頭是最有效的措施。很多用戶都不能理解探頭電纜環(huán)境的改變會造成測量結(jié)果的改變，尤其是在執(zhí)行高頻測量時，它會造成測量可重復(fù)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(shè)計(jì)中訊號速度的提升，因此在連接示波器探頭時可能會發(fā)現(xiàn)更多過沖、振蕩和其他擾動。探頭會在與元件的連接位置形成一個諧振電路。如果諧振位于示波器探頭頻寬內(nèi)，確定測量擾動源于電路或是探頭將變得十分困難。

應(yīng)用方案
是德科技Infiniium V系列示波器

是德科技：「我們讓開發(fā)工程師能夠精準(zhǔn)洞察所量測到的信號。」

全球示波器擁有12億美元的市場規(guī)模，如此大的一塊餅，當(dāng)然也吸引了許多廠商競相開發(fā)更好的產(chǎn)品，來獲取更大的商機(jī)。而在高階示波器市場上，是德科技也持續(xù)扮演著領(lǐng)導(dǎo)者的角色。面對高速數(shù)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，來補(bǔ)足高階示波器市場的最後一塊拼圖。

Keysight Infiniium V系列問世後，工程師便可又快又準(zhǔn)確地執(zhí)行所有測試，進(jìn)而更快將新產(chǎn)品推出上市，并且增強(qiáng)對設(shè)計(jì)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，此為首見的高效能整合式MSO系列產(chǎn)品。這部儀器擁有多達(dá)二十個量測通道，可以4～20GHz的類比頻寬和80ps 的數(shù)位通道時序解析度進(jìn)行擷取。隨著MSO70000的推出，泰克科技現(xiàn)在在市場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(jī)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(tǒng)工程設(shè)計(jì)的首選工具，這個領(lǐng)域?qū)�建立類比與數(shù)位訊號的關(guān)聯(lián)有強(qiáng)烈的需求。現(xiàn)今，網(wǎng)路交換器和資料伺服器等嵌入式系統(tǒng)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(shù)位射頻的應(yīng)用領(lǐng)域，也需要完整的系統(tǒng)能見度。隨著MSO70000系列的推出，泰克科技提供了良好的類比/數(shù)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！」

R&S RTP系列在開發(fā)過程中，特別著重于量測精準(zhǔn)度、速度和新技術(shù)，并完整地結(jié)合多種儀器功能，是研發(fā)過程中故障排除的絕隹選擇，例如測試具快速數(shù)位介面或?qū)掝l無線射頻傳輸介面的嵌入式元件。R&S RTP高效能示波器結(jié)合了訊號完整性與高擷取速率，在標(biāo)準(zhǔn)擷取模式下，每秒可量測一百萬個波形，比其他同類示波器快一千倍以上，能幫助使用者更快地發(fā)現(xiàn)零星錯誤，并可即時補(bǔ)償訊號源到示波器之間的傳輸損耗。

此外，R&S RTP 可滿足高頻應(yīng)用量測需求，舉凡航空、國防、汽車、工業(yè)和通訊等領(lǐng)域；同時亦適用高速數(shù)位介面測試如高速匯流排（USB、PCI Express、MIPI）、無線電或雷達(dá)等射頻介面、DDR記憶體介面、電源管理元件，及簡單的控制和編程匯流排。R&S持續(xù)致力于示波器市場的創(chuàng)新，透過發(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。

NI PXI架構(gòu)高速示波器

國家儀器：「PXI架構(gòu)可大幅縮短測試時間。」

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

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