混合信號示波器-探頭負載和探頭接地問題分析

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使用混合信號示波器時，您可能會遇到與探測相關的問題。這些問題體現在兩個類別：探頭負載和探頭接地。探頭負載問題通常會影響被測設備，而探頭接地問題則會影響到測量儀器的數據的準確性。

探頭的設計將第一個問題最小化，而第二個問題可通過積累探測經驗來解決。

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并行容量和阻抗指定。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。當這導致輸入阻抗規格的準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特有阻抗(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特有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機械設計，雜散端部接地電容將最小化。這提供了高頻的最大輸入阻抗。

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建探頭輸入的大共模電壓。根據下列方程式，產生電壓的行為就好像該路徑是一個感應器：

增加接地感應 (L)、增加電流 (di) 或降低轉換時間 (dt) 都將導致電壓增加(V)。當此電壓超過示波器定義的閾值電壓時，將出現錯誤的數據測量。

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該探頭 （其接地返回被共用）的共用接地感應。結果是在上面的方程式中電流增大 (di)，且根據轉換時間 (dt)，共模電壓可能增加到一個會產生錯誤數據的水平。

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，您不會發現接地問題。事實上，可能通過雜亂的毛刺或矛盾的數據測量發現問題。使用模擬通道來查看振鈴和擾動。

最佳探測習慣

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

• 如果使用組中的任意通道捕獲數據，每個數字通道組（D15–D8 和 D7–D0）的接地導線應該連接到被測設備的接地。

• 在嘈雜的環境中捕獲數據時，除了通道組的接地之外，應該使用每三個數字通道探頭的接地。

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

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