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來源：Digi-Key 作者：Art Pini 大多數(shù)示波器都配備了一套用于通用應(yīng)用的無源探頭。這些探頭通常包括一個(gè)附屬套件，內(nèi)含許多連接選件（圖 1）。 
圖 1：無源高阻抗示波器探頭的典型附屬套件提供了多種連接選件。（圖片來源：Teledyne LeCroy） 該圖顯示了 Teledyne LeCroy PP008-1 型號(hào)的高阻抗無源探頭提供的附件。大多數(shù)制造商都包括類似的連接器件。你可能會(huì)想，為什么會(huì)提供這么多將探頭接地的器件。答案是，接地連接對(duì)高頻測(cè)量有很大影響，所以探頭附帶的器件有助于確保最佳的接地連接。 一個(gè)典型的 500 兆赫 (MHz) X10 探頭的電路模型包括阻性、容性和感性元件（圖 2）。
圖 2 ：500 MHz X10 無源探頭的電路模型包括接地引線電感以及電阻和電容。（圖片來源：Art Pini） 從測(cè)量點(diǎn)看，探頭看起來像一個(gè) 10 兆歐 (MΩ) 的電阻與一個(gè) 9.5 皮法拉 (pF) 的電容并聯(lián)。接地側(cè)包括接地連接的串聯(lián)電感。對(duì)于一個(gè)典型的 4.5 英寸 (in.)（11.4 厘米）的接地引線來說，電感量約為 200 皮法拉 (pH)。 在頻率低于 20 MHz 的情況下，接地引線的電感沒有什么影響。10 MΩ 的電阻基本上可以忽略不計(jì)，電感 (L) 和電容 (C) 形成一個(gè)串聯(lián)的 LC 電路，在 115 MHz 時(shí)產(chǎn)生諧振。電感的作用是使探頭的響應(yīng)達(dá)到峰值，從而將任何信號(hào)的高頻成分放大。理想情況下，接地引線不應(yīng)該用于頻率成分超過 20 MHz 的信號(hào)。 那么，我該如何連接探頭以使用全部帶寬呢？我們的想法是使用一種連接方法，將導(dǎo)線的電感降到最低。圖 1 頂部所示的接地彈簧就是一個(gè)很好的解決方案。探頭尖端連接到測(cè)量點(diǎn)，而接地彈簧連接到最近的電路接地點(diǎn)。只要確保插入彈簧，使卷繞部分完全被探頭的接地環(huán)短接。 通過使用接地刀片可以實(shí)現(xiàn)略低的電感量。與接地彈簧的圓柱形導(dǎo)線截面相比，刀片的扁平金屬實(shí)現(xiàn)了更少的電感。使用連接到電路接地的鋁箔地平面，可以更容易地將接地刀片連接到良好的接地上（圖 3）。
圖 3：接地刀片連接到焊接在集成電路上接地引腳的銅箔接地平面。（圖片來源：Teledyne LeCroy） 在這個(gè)例子中，Teledyne LeCroy PP007-WR-1 無源探頭使用接地刀片將探頭與焊接在集成電路接地引腳上的銅接地平面相連。一個(gè) IC 探頭蓋引導(dǎo)探針尖頭定位到 IC 測(cè)試點(diǎn)引腳，而絕緣延長(zhǎng)桿則在配合 IC 引腳間空隙，以提供穩(wěn)定性。 下一個(gè)明顯的問題是：這些接地連接在測(cè)量時(shí)各有什么差異？讓我們來比較一下。圖 4 顯示了對(duì)一個(gè)渡越時(shí)間為 750 皮秒 (ps) 的脈沖（信號(hào)帶寬約為466 MHz）進(jìn)行的四個(gè)重疊測(cè)量。每次測(cè)量都使用了不同的接地技術(shù)。
圖 4：比較渡越時(shí)間為亞納秒級(jí)的窄脈沖的測(cè)量響應(yīng)。紅色軌跡是使用同軸連接獲得的，是這里的參考信號(hào)。（圖片來源：Art Pini） 紅色軌跡是使用同軸連接獲得的信號(hào)，作為參考標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)色軌跡是使用標(biāo)準(zhǔn) 4.5 英寸(11.4 cm) 的接地引線獲得的。請(qǐng)注意，導(dǎo)線的高串聯(lián)電感導(dǎo)致了一個(gè)大的過沖。綠色軌跡是使用接地彈簧的響應(yīng)。這個(gè)響應(yīng)肯定比接地引線的響應(yīng)好。黃色軌跡是接地刀片的響應(yīng)，只比接地彈簧稍好。 結(jié)語 當(dāng)使用高阻抗無源探頭測(cè)量頻率成分高于 20 MHz 的信號(hào)時(shí)，我們應(yīng)該使用盡可能短的接地引線。這就是為什么探頭附屬套件中有這么多選擇的原因。 |
