示波器的探头按是否需要供电可以分为无源探头和有源探头。那实际测试中是选择无源探头还是有源探头呢?
对于中低频 (小于 600 MHz) 测量来说,
无源高阻抗探头是很好的选择。这些探头坚固耐用且价格经济,具有宽动态范围(大于 300 V)和高输入阻抗,从而和示波器的输入阻抗相匹配。不过,和低阻抗(z0)无源探头或有源探头相比,无源探头具有更高的电容负载,而且带宽较低。总之,对于绝大多数模拟或数字电路的通用调式和故障诊断来说,高阻抗无源探头都是一个极好的选择。
对于在宽频范围上 (大于 600 MHz) 需要进行精确测量的高频应用来说,
最好选用有源探头。有源探头比无源探头价格较高,并且其输入电压有限,但是由于它们的电容负载显著降低,因而能使您更精确地观察快速信号。
在图1-1中,我们看到的是采用600 MHz示波器(Keysight DSO 9064A) 测量具有500 ps上升时间信号的屏幕快照。
图 1-1
用无源探头和有源探头测量具有600 ps 上升时间的信号
左图是使用Keysight N2873A 500 MHz无源探头测量此信号的图像。
右图是使用Keysight N2796A 2 GHz单端有源探头测量同一信号的图像。
两个图中的黄色迹线均是信号在探测之前的曲线。
绿色迹线是探测后的信号曲线,它与探头的输入相同。
紫色迹线显示的是测得信号,也可以称为探头输出。
Keysight N2873A 500-MHz 无源探头,采用 15-cm 鳄鱼夹接地线:
加载信号后,现在具有 740 ps 上升沿
探头输出包含谐振,上升沿测量为1.4 ns
无源探头在加载信号时会混入自身的电阻、电感和电容(绿色迹线)。或许您希望示波器探头不要影响被测件 (DUT) 的信号。不过,在本例中,无源探头对被测件确实有影响。
被探测的信号其上升时间由原来预期的 600 ps 变为 4 ns,部分原因是由于探头的输入阻抗,另外还因为在测量583 MHz信号 (0.35/600 ps=583 MHz) 时,探头的带宽只有 500 MHz。
无源探头的电感和电容效应还会造成探头输出的过冲和波动。一些设计人员对这个数量的测量误差并不在意,但对某些设计人员来说,这个数量的测量误差是无法接受的。
Keysight N2796A 2 GHz 有源探头,采用1.8 cm 接地线:
信号未受探头影响,仍有 630 ps 边沿
探头输出和信号相匹配,并测得边沿为 555 ps
我们看到,在将有源探头 (例如 Keysight N2796A 2 GHz 有源探头) 连接到被测件时,该信号几乎未受影响。信号特征在探测后 (绿色迹线) 和探测前 (N2796A 2GHz 迹线) 几乎完全相同。
此外,信号的上升时间也未受探头的影响,始终保持在555 ps。另外,有源探头的输出 (绿色迹线) 也和探测得的信号 (紫色迹线) 相匹配,测得上升时间为预期的 600 ps。N2796A有源探头的 2 GHz 带宽、优异的信号保真度及其低探头负载使这一切成为可能。
根据以上测试结果,我们可以知道,对于不同应用场景的测试要求选择不同探头的重要性。尤其是当前测量需求对于提供更高的带宽,更低的高频负载和更好的可用性优化探测下一代移动技术像DDR/LPDDR, MIPI移动数据速率在2018年达到了6.4Gbps (DDR5)更是至关重要。
是德提供新型 InfiniiMax MX0023A RC 差分探头可以提供25 GHz的带宽和高输入阻抗,为新兴的DDR / LPDDR5、MIPI和其他标准提供高速探测能力。下一代InfiniiMax探头将工业标准InfiniiMax II (1169B)的RC探测带宽扩展至25 GHz,并增加了许多其他功能。