前面幾篇我們已經(jīng)介紹了與示波器探頭及其使用有關(guān)的所有基本信息。對大多數(shù)測量環(huán)境，只要注意下述基本問題，與示波器一起提供的標(biāo)準(zhǔn)探頭就已經(jīng)足夠了：

■ 帶寬 / 上升時(shí)間極限

■ 信號源負(fù)荷潛力

■ 探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)

■ 正確的探頭接地

但是，最終您會遇到超越基本知識之上的某些探測環(huán)境。

那從今天開始，我們就來給大家介紹一下可能遇到的某些高級探測問題，先從我們的老朋友—地線開始。

地線問題

由于很難確定及為測量確定一個(gè)真正的接地參考點(diǎn)，示波器測量中仍需考慮地線問題。這種困難源于這樣一個(gè)事實(shí)，不管是探頭上的地線還是電路中的地線都具有電感，在信號頻率提高時(shí)，會成為自己的電路。再前面幾篇中已經(jīng)討論和說明了其中一個(gè)影響，即長地線導(dǎo)致脈沖上出現(xiàn)振鈴。除成為振鈴和其它波形畸變的來源外，地線還成為噪聲的接收天線。

為防止地線問題，首先可以進(jìn)行推測。應(yīng)一直懷疑信號顯示器屏幕上觀察到的任何噪聲或畸變。噪聲或畸變可能是信號的一部分，也可能是測量過程導(dǎo)致的結(jié)果。下面的討論提供了相關(guān)信息和指南，可以確定畸變是不是測量流程的一部分，如果是，怎樣處理這個(gè)問題。

地線長度

任何探頭地線都有一定的電感，地線越長，電感越大。在與探頭尖端電容和信號源電容相結(jié)合時(shí)，地線電感形成一條諧振電路，在某些頻率上導(dǎo)致振鈴。

為觀察接地不良導(dǎo)致的振鈴或其它畸變，必須存在下面兩個(gè)條件：

1. 示波器系統(tǒng)帶寬必須足夠高，能夠處理探頭尖端上信號的高頻成分。

2. 探頭尖端上的輸入信號必須包含足夠的高頻信息( 快速上升時(shí)間 )，由于接地不良會導(dǎo)致振鈴或畸變。

圖 1. 由于使用 6 英寸的探頭地線 (a)，快速步進(jìn) (1 ns Tr)上面發(fā)生了畸變。通過移動探頭電纜或把手放在電纜上 (b)，可以改變這些畸變。

圖 1 說明了在滿足上述兩個(gè)條件時(shí)可以看到的振鈴和畸變實(shí)例。圖 1 中所示的波形是使用 350 MHz 示波器、同時(shí)使用 6 英寸地線的探頭測量的。探頭尖端上的實(shí)際波形是一個(gè)步進(jìn)波形，其上升時(shí)間為 1 ns。

這個(gè) 1 ns 的上升時(shí)間等于示波器的帶寬 (BW ≈ 0.35/Tr)，擁有足夠的高頻成分，可以在探頭的接地電路中引起振鈴。這個(gè)振鈴信號與步進(jìn)波形并聯(lián)注入系統(tǒng)中，顯示為步進(jìn)頂部的畸變，如圖 1 所示。

在使用相同的示波器和探頭采集同一個(gè)步進(jìn)波形時(shí)，得到圖1 中的兩個(gè)波形顯示。但要注意，圖1b 中的畸變與圖1a 相比略有不同。通過稍微重新確定探頭電纜位置，把一只手放在探頭電纜部分，可以獲得圖1b 中看到的差異。重新確定電纜位置及在電纜附近放一只手，導(dǎo)致探頭接地電路的電容和高頻端子特點(diǎn)發(fā)生小的變化，進(jìn)而改變了畸變。

探頭地線可能會在快速轉(zhuǎn)換的波形上導(dǎo)致畸變，意識到這一點(diǎn)非常重要。同樣還認(rèn)識到，波形上看到的畸變可能只是波形的一部分，而不是由于探頭接地方法引起的。為區(qū)分這兩種情況，可以移動探頭電纜。如果把手放在探頭上或移動電纜導(dǎo)致畸變發(fā)生變化，那么畸變是由探頭接地系統(tǒng)導(dǎo)致的。正確接地 ( 端接 ) 的探頭對電纜位置或接觸根本不敏感。

圖 2. ECB 到探頭尖端適配器

為進(jìn)一步說明上述觀點(diǎn)，我們再次使用相同示波器和探頭采集相同的波形。只是這一次去掉了 6 英寸探頭地線，而通過安裝 ECB 到探頭尖端適配器來采集步進(jìn)信號 ( 參見圖 2)。圖 3 是得到的沒有畸變的步進(jìn)波形顯示。去掉了探頭地線及在 ECB 到探頭尖端適配器中直接端接探頭，幾乎從波形顯示中消除了所有畸變。顯示圖形現(xiàn)在精確繪制了測試點(diǎn)上的步進(jìn)波形。

圖 3. 通過 ECB 到探頭尖端適配器采集的上升時(shí)間為 1 ns的步進(jìn)波形

結(jié)論

從上面的實(shí)例中可以得出兩個(gè)主要結(jié)論。首先在探測快速信號時(shí)，地線應(yīng)盡可能短。其次，通過設(shè)計(jì)產(chǎn)品測試能力，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以保證更高效地維護(hù)和檢修產(chǎn)品，包括在必要的地方使用 ECB 到探頭頭部適配器，以更好地控制測試環(huán)境，避免在安裝或維護(hù)過程中錯(cuò)誤地調(diào)節(jié)產(chǎn)品電路。

圖 4. 無源探頭與有源探頭相比地線影響的實(shí)例

左面的三條軌跡顯示了在無源探頭上使用 1/2 英寸、6 英寸和 12英寸地線時(shí)對波形的影響。右面的軌跡顯示了使用同一條地線采集的同一波形，但使用的是有源 FET 探頭。

左面的三條軌跡顯示了在無源探頭上使用 1/2 英寸、6 英寸和 12英寸地線時(shí)對波形的影響。右面的軌跡顯示了使用同一條地線采集的同一波形，但使用的是有源 FET 探頭。

在沒有安裝 ECB 到探頭尖端適配器的環(huán)境中需要測量快速波形時(shí)，記住要使探頭地線盡可能短。在許多情況下，這可以使用內(nèi)置接地頭部的專用探頭尖端適配器完成。但也可以使用有源 FET 探頭。由于高輸入阻抗及極低的頭部電容 ( 通常小于 1 pF)，F(xiàn)ET 探頭可以消除無源探頭遇到的許多地線問題，圖 4 進(jìn)一步說明了這一點(diǎn)。

好了，今天的分享就先到這里了，下篇我們再對地線的噪聲問題做詳細(xì)解析。

公司目前致力于示波器測試附件配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、電源紋波探頭、柔性電流探頭、近場探頭、電流互感器、射頻測試線纜、探頭附件等。

審核編輯 黃宇