混合信號示波器-探頭負(fù)載和探頭接地問題分析

使用混合信號示波器時，您可能會遇到與探測相關(guān)的問題。這些問題體現(xiàn)在兩個類別：探頭負(fù)載和探頭接地。探頭負(fù)載問題通常會影響被測設(shè)備，而探頭接地問題則會影響到測量儀器的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

探頭的設(shè)計將一個問題最小化，而第二個問題可通過積累探測經(jīng)驗來解決。

輸入阻抗

邏輯探頭是無源探頭，它提供高輸入阻抗和高帶寬。它們經(jīng)常向示波器提供信號的一些衰減量，通常 20 dB。

無源探頭輸入阻抗通常根據(jù)并行容量和阻抗。阻抗是端部電阻值和測試儀器的輸入阻抗的總和（請參見下圖）。容量是端部補償電容器和電纜加上與雜散端部電容并行接地的儀器電容的系列組合。當(dāng)這導(dǎo)致輸入阻抗規(guī)格的準(zhǔn)確型號用于直流和低頻，探頭輸入的高頻型號更有用（請參見下圖）。該高頻型號考慮純端部接地電容和系列端部阻抗以及電纜的*阻抗(Zo)。

直流和低頻探頭等效電路

兩種型號的阻抗圖顯示在這些圖中。通過將這兩個圖比較，您可以看到系列端部電阻和電纜的*阻抗都明顯地展開輸入阻抗。雜散端部電容通常較小 (1pF)，在阻抗圖上設(shè)置最終中斷點。

兩個探頭電路型號的阻抗和頻率

邏輯探頭以上面顯示的高頻電路型號表示。它們設(shè)計為提供盡可能多的系列端部阻抗。通過探頭端部組件的適當(dāng)機械設(shè)計，雜散端部接地電容將最小化。這提供了高頻的輸入阻抗。

探頭接地

探頭接地是電流從探頭返回源的低阻抗路徑。增加該路徑的長度將在高頻時創(chuàng)建探頭輸入的大共模電壓。根據(jù)下列方程式，產(chǎn)生電壓的行為就好像該路徑是一個感應(yīng)器：

增加接地感應(yīng) (L)、增加電流 (di) 或降低轉(zhuǎn)換時間 (dt) 都將導(dǎo)致電壓增加(V)。當(dāng)此電壓超過示波器定義的閾值電壓時，將出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)測量。

將一個探頭接地與許多探頭共享將強制流向每個探頭的所有電流返回時流經(jīng)該探頭 （其接地返回被共用）的共用接地感應(yīng)。結(jié)果是在上面的方程式中電流增大 (di)，且根據(jù)轉(zhuǎn)換時間 (dt)，共模電壓可能增加到一個會產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)的水平。

共模輸入電壓模型

除共模電壓外，長接地回路也會降低探頭系統(tǒng)的脈沖保真度。上升時間增加，振鈴由于探頭輸入處的干燥 LC 電路也會增加。因為數(shù)字通道顯示重建了波形，它們不會顯示振鈴和擾動。通過檢查波形顯示，您不會發(fā)現(xiàn)接地問題。事實上，可能通過雜亂的毛刺或矛盾的數(shù)據(jù)測量發(fā)現(xiàn)問題。使用模擬通道來查看振鈴和擾動。

探測習(xí)慣

由于變量 L、di 和 dt，您可能無法確定在測量設(shè)置中有多少余量。下面指導(dǎo)您樣成好的探測習(xí)慣：

• 如果使用組中的任意通道捕獲數(shù)據(jù)，每個數(shù)字通道組（D15–D8 和 D7–D0）的接地導(dǎo)線應(yīng)該連接到被測設(shè)備的接地。

• 在嘈雜的環(huán)境中捕獲數(shù)據(jù)時，除了通道組的接地之外，應(yīng)該使用每三個數(shù)字通道探頭的接地。

• 高速定時測量（上升時間 < 3ns）應(yīng)該使用每個數(shù)字通道探頭自己的接地。