使用混合信號示波器時(shí)的探頭負(fù)載和探頭接地問題

　　使用混合信號示波器時(shí)，您可能會遇到與檢測相關(guān)的問題。這些問題體現(xiàn)在兩類:探頭負(fù)載和探頭接地。探頭負(fù)載問題通常會影響被測設(shè)備，而探頭接地問題則會影響測量儀器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

　　探頭的設(shè)計(jì)將第一個(gè)問題降到最低，而第二個(gè)問題可以通過積累檢測經(jīng)驗(yàn)來解決。

　　輸入阻抗

　　邏輯探頭是一種無源探頭，提供高輸入阻抗和高帶寬。它們通常會給示波器提供一些信號衰減，通常為20 dB。

　　無源探頭輸入阻抗通常根據(jù)并聯(lián)電容和阻抗來指定。阻抗是測試儀器的終端電阻值和輸入阻抗之和(見下圖)。它是電容補(bǔ)償電容器和電纜加上儀表電容與雜散終端電容并聯(lián)接地的串聯(lián)組合。當(dāng)這導(dǎo)致DC和低頻輸入阻抗規(guī)格的精確模型時(shí)，探頭輸入的高頻模型更有用(見下圖)。這個(gè)高頻模型考慮了純端接地電容和串聯(lián)端阻抗，以及電纜的特性阻抗(Zo)。

　　和DC低頻探頭等效電路。

　　高頻探頭等效電路

　　圖中顯示了兩種型號的阻抗圖。通過比較這兩個(gè)圖，可以看出串聯(lián)端電阻和電纜的特性阻抗都明顯擴(kuò)大了輸入阻抗。末端的雜散電容通常很小(1pF)，最終斷點(diǎn)設(shè)置在阻抗圖上。

　　兩種探針電路模型的阻抗和頻率

　　邏輯探針由上面所示的高頻電路模型表示。它們旨在提供盡可能多的串聯(lián)端阻抗。通過探頭端部組件的適當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)，雜散端接地電容將被最小化。這在高頻時(shí)提供最大輸入阻抗。

　　探針接地

　　探頭接地是電流從探頭返回電源的低阻抗路徑。增加該路徑的長度將在高頻下在探頭輸入端產(chǎn)生大的共模電壓。根據(jù)下式，產(chǎn)生的電壓表現(xiàn)為路徑是一個(gè)電感:

　　增加接地感應(yīng)(L)、增加電流(di)或減少過渡時(shí)間(dt)都會導(dǎo)致電壓增加(V)。當(dāng)該電壓超過示波器定義的閾值電壓時(shí)，將會出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)測量。

　　將一個(gè)探針與多個(gè)探針接地將迫使流向每個(gè)探針的所有電流在探針返回時(shí)流經(jīng)該探針(其接地回路是共享的)。結(jié)果，在上述等式中，電流增加(di ),并且根據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間(dt ),共模電壓可能增加到將產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的電平。

　　共模電壓模型

　　除了共模電壓之外，長接地回路也會降低探頭系統(tǒng)的脈沖保真度。隨著上升時(shí)間的增加，由于探頭輸入端的干LC電路，響鈴振蕩也會增加。因?yàn)閿?shù)字通道顯示重構(gòu)的波形，所以它們不顯示振鈴和干擾。通過檢查波形顯示，你不會發(fā)現(xiàn)接地問題。事實(shí)上，通過雜亂的毛刺或矛盾的數(shù)據(jù)測量可能會發(fā)現(xiàn)問題。使用模擬通道查看振鈴和干擾。

　　最佳檢測習(xí)慣

　　由于變量L、di和dt，您可能不確定測量設(shè)置中有多少余量。以下是如何引導(dǎo)你養(yǎng)成良好的檢測習(xí)慣:

　　如果組中的任何通道用于采集數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)字通道組(D15–D8和D7–D0)的接地線應(yīng)連接到被測設(shè)備的地。

　　在嘈雜環(huán)境中采集數(shù)據(jù)時(shí)，除了通道組接地之外，還應(yīng)使用每三個(gè)數(shù)字通道探頭的接地。

　　高速測量(上升時(shí)間< 3ns)應(yīng)使用每個(gè)數(shù)字通道探頭自己的接地。

　　設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)一個(gè)直接面向儀器探頭系統(tǒng)的專用測試端口。這將使測量設(shè)置更容易和可重復(fù)使用，以獲得測試數(shù)據(jù)。

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