怎樣判斷高帶寬測量探頭的質量

隨著當今計算機和通信在速度上的高速發展，測試測量對探頭的要求也越來越高，探頭對信號再現的精確性、抗干擾能力以及與各種附件如接地線和插頭適配器的協同性等問題日益受到人們的重視。本文提供一種驗證各種探頭配置性能的簡單方法，提高工程技術人員對使用高帶寬探頭進行測量的信心。

示波器探頭有兩個重要的性能問題需要考慮，即探頭對被測信號的影響和干擾有多大，以及探頭能多好地反映實際信號。為了得到最佳性能，通常需要保持盡可能短的探頭連接，但有時做不到這一點，因此需要了解各種探頭及其附件配置的性能，懂得各項指標間的均衡。

想了解探頭如何干擾被檢測的信號，需要測量探頭輸入阻抗的影響；而想了解探頭能多好地反映出被測真實信號，則需要測量探頭的響應或VOUT∕VIN。

圖1表示進行這兩種測量的測試裝置，既可使用三端口網絡分析儀在頻域進行測量，也可使用高速階躍脈沖源和雙通道示波器在時域進行這些測量。無論使用哪種儀器，都是由信號源通過50Ω傳輸線驅動網絡分析儀或示波器的一個輸入，探頭輸出VOUT接到第二個輸入，探頭輸入接到一個50Ω直通夾具，然后采用某種探頭附件測量VIN，它即代表了探頭輸入。使用帶探頭的示波器可以進行定性分析，但要精確評估探頭性能，還應使用高帶寬取樣示波器。

把探頭接至50Ω直通夾具，通過觀察探頭上的VIN如何變化，能夠確定探頭輸入阻抗對信號的影響。對于這項測量，可能更感興趣的是時域影響。

圖2a表示較差的探頭輸入阻抗對1.2GHz時鐘信號的影響。VSRC是沒有通過探頭的信號，VIN是使用探頭連接的信號，顯然此時探頭對信號有嚴重的干擾，這樣的探頭配置可認為是不能接受的。作為比較，圖2b顯示了用較好的探頭進行同樣測量的結果，此時探頭對信號的干擾要小得多，因而能適應測量的需求。

可以通過計算VOUT與VIN之比評估探頭響應，為精確表示輸入信號，在規定帶寬內探頭應有平坦的響應，這時測量應使用頻域方法。

圖3a顯示了較差的探頭響應，在觀察具有快跳變沿的信號時，1.8GHz處的+3dB峰值將導致相當大的過沖和振鈴。有的廠家通過專門設計使探頭頻響具有尖峰響應，以補償探頭輸入阻抗造成的信號損耗，這種做法有可能使你誤認為信號看來不錯，但實際上探頭已大大衰減了被測信號，從而掩蓋了探頭尖峰響應造成的誤差。作為比較，圖3b顯示了較好探頭的響應，到2GHz時探頭響應一直是平坦的，然后在預期的3.5GHz帶寬點產生-3dB衰減。

本文總結

為了用示波器精確測量高帶寬信號，所使用的探頭一定不能對被測信號有明顯的影響和干擾，嚴重的干擾可能會導致原本正常的電路工作不正常，或使原本質量不錯的信號在示波器上看來很差。探頭必須不僅要能精確復現被測信號，同時還要把對被測信號的影響降到最低。用本文提供的測量裝置可精確評估探頭配置，從而使你更有信心地進行高帶寬信號測量。