- 探頭加重電路負(fù)載的原因和解決方案
- 被測數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換頻率
- 被測電路在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的源端阻抗
- 示波器探頭在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的輸入阻抗
示波器探頭的使用往往會改變被測電路的工作狀態(tài)。的確，我們都磁到過這樣的情形：當(dāng)用探頭測試電路時，電路工作正常，而一旦將探頭移開，電路的功能就會紊亂。這是一種常見的現(xiàn)象，也正是我們要討論的由示波器探頭引起的電路負(fù)載效應(yīng)問題。
當(dāng)探頭使電路的負(fù)載過重時，預(yù)期波形會如何變化呢？電路特性的變化主要由以下三個因素決定：
- 被測數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換頻率
- 被測電路在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的源端阻抗
- 示波器探頭在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的輸入阻抗
1、0.5PF，1KΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。
2、1.7PF，10MΩ輸入阻抗的10儕FET有源輸入探頭。
3、10PF，10MΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。
參見圖3.11，在我們關(guān)注的上升時間范圍內(nèi)，探頭的并聯(lián)電容越高，阻抗會越低。在高頻時，只有并聯(lián)電容比較重要。
如果我們想讓探頭對被測電路的影響不大于10%，探頭的阻抗應(yīng)該至少110倍被測電路的源端阻抗。對于任何上升時間小于5NS的場合，10PF的探頭都無法滿足要求。
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例：探頭加載
參見圖3.12，我們通過一個50歐阻抗的長傳輸線，將信號源連接到一個50歐的端接器在端接位置連接一個感應(yīng)探頭，該探頭由一個1KΩ的電阻和一條5Ω阻抗的RG-174短同軸電纜組成。這個感應(yīng)同軸電纜的另一端接到一臺高速采樣示波器的50Ω端接的輸入端上。
現(xiàn)在我們可以將不同負(fù)載的示波器探頭接到測試點(diǎn)上，觀察它們對電路的影響。
圖3.13展示了一個TEKTRONIXP6137探頭連接到測試點(diǎn)時的情形。P6137是一個10倍衰減，10PF的100MΩ類型探頭，應(yīng)探頭連接到400MHZ的便攜式示波器。第一個波形是沒有加載探頭時的記錄結(jié)果；第二個波形是加載了帶有6IN長接地線探頭時記錄的結(jié)果；第三個波形是將裸探頭的尖端觸點(diǎn)直接接觸測試點(diǎn)A，探頭外殼用刀片直接接地時得到的結(jié)果。
第一個波形的上升時間最好，為600PS，并伴有中等程度的振鈴。第二個波形則在上升時間上有所劣化，并在最初的上升沿后有較大下沖。第一個波形也有波動，但波動保持在漸近線上下半個刻度的范圍之內(nèi)。最后一個波形的上升時間顯示為800PS，而且波動很小。
讓我們來計(jì)算預(yù)期的上升時間劣化，然后與這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。
如第三個波形所示，當(dāng)連接的串聯(lián)電感很小時，探頭等效于一個簡單的電容負(fù)載。圖3.12所示的測試點(diǎn)等效信號源端阻抗為25歐，當(dāng)耦合到10PF的容性負(fù)載時，其RC上升時間是：
這個值正好對應(yīng)了800PS的測量結(jié)果，達(dá)到了我們預(yù)期的精確程度。
當(dāng)探頭負(fù)載使信號上升時間增加了200PS時，信號的延遲僅增加了100PS，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)門電路的轉(zhuǎn)換時間是在上升沿的中部，而不是10%或90%點(diǎn)的位置。
