连接信号和示波器的探头?

在使用示波器时，在提供信号真实测量上，人们往往低估示波器探头的重要性。导致这一现象发生的原因，尤其与无源探头是示波器的标准配置有关。所有的探头都有自己的优缺点，为了实现最佳的信号完整性，拥有示波器探头的有关知识是必不可少的。每个探头或多或少都会对被测信号加载，这样会改变信号。严格来说，用示波器分析的信号，并不完全显示真实的波形。

为了减少这些影响，用户应了解被测设备（DUT）上的实时情况。对大多数测量，标准示波器探头绰绰有余。然而，在某些情况下，更应考虑采用合适的探头进行更恰当的应用。例如：测试电源电压时，探头的带宽和输入电容不是特别重要的，但是，如果是几纳秒上升时间的CMOS器件，使用标准探头进行测试，就可能很快达到探头极限。

大多数示波器使用500MHz带宽的标准探头，其指标如下：㈠ 探头带宽要符合示波器带宽；㈡ 探头衰减比：10∶1；㈢ 输入阻抗：10MΩ；㈣ 输入容抗：10pF～20pF。这些有源探头成本低，并且坚固可靠，它们具有可接受的阻抗，并且仅适度地对DUT加载。然而，这只适合低频信号（MHz区域）。在高频，无源探头一个显着的缺点是其输入容抗加载到DUT，该容抗通常在10pf～20pF之间，与标准TTL电路连接时，其容抗指标最大高达100pF。因此，探头总计为10%～20%的允许负荷。

一般来说，含有输入电容和标准接地连接的探头会谐振电路，被测信号导入到此电路中。为了移除在感兴趣频率之外的共振频率，电容或电感必须降低。电容是不可能减少的，电感可以通过缩短地线最小化，这就是为什么所有探头说明书指定要使用尽可能短的接地引线。

有些探头像HZ355（图1）有一个广泛的配件，包括一个小的接地弹簧。这个弹簧长度小于1cm，因此比用10cm鳄鱼夹地线具有更低的电感。

图 1: 含短接地弹簧的HZ355无源探头

此外，HZ355无源探头自带进行细间距芯片测试的配件，测试时不易造成管脚短路的危险。如图2所示：在探头针尖上的绿色帽子具有两个塑料侧，同时含羽翼式的弹簧加力的探针尖。侧翼保护探头尖端不会移开接触，避免造成芯片管脚短路。一块铜箔可以粘在芯片上，使探头尽可能保持短的接地连接。在探头上的短弹簧现在连接到该接地铜箔。该方式用很少的努力，就可以简单和精确地进行测量。

图2: 含细小管脚测试触针的HZ355无源探头

如果在探头基本配置中不含图1弹簧探针，你也可以自制（DIY）：使用1块合适的铜线，并焊接在DUT附近的接地点上，在实现信号质量的改进上，这种方法很实用。

如果测试点阻抗太高和测试点的容性负载不在10pF～20pF，那么有源探头是理想的选择。这样的探头典型特点如下：1pF和1MΩ输入阻抗，较高的带宽。HZO30也提供适合很多连接需要的附件盒配件。

图3: HZO30有源探头，1GHz带宽，含各种附件

目前，许多电路设计的一个共同特点是差分信号，例如包括A/ D转换器的LVDS输出和流行的CAN总线。为了在示波器上正确地显示信号，需要使用差分探头。差分探头也具有低输入电容（1pF～3pF）和高输入电阻（200KΩ～1MΩ）。正输入和负输入形成差分放大器，通过同轴电缆连接到50Ω示波器输入端上，该输出是不对称的，紧接显示器显示差分信号。如通过接地环路引起的反馈效应可以消除这种方式。由于差分探头从DUT测量设备上解耦，差分探头也可以测量接地系统。

当然，当正输入连接到信号时，差分探头负输入需要连接到共地点。在这种情况下，差分探头的行为非常类似于一个正常的单端有源探头，例如HZO30。因此，此时如果需要更好的有源探头，贵一些的差分探头HZO40可能是更好的选择。

图4: 200MHz有源差分探头HZO40

总结: 通过像短接地弹簧的简单方法，可以有效降低无源探头对测试信号的影响。对容性负载敏感的电路，需要使用有源探头。如果有接地问题（例如浮地），或者需要测试差分信号，就一定要使用差分探头。要知道没有万能探头来解决所有的不同测试应用，我们需要选择合适的探头，尽可能地实现最好的测试结果。

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