前面幾篇我們已經介紹了與示波器探頭及其使用有關的所有基本信息。對大多數測量環境，只要注意下述基本問題，與示波器一起提供的標準探頭就已經足夠了：

■ 帶寬 / 上升時間極限

■ 信號源負荷潛力

■ 探頭補償調節

■ 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真正的接地參考點，示波器測量中仍需考慮地線問題。這種困難源于這樣一個事實，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，會成為自己的電路。再前面幾篇中已經討論和說明了其中一個影響，即長地線導致脈沖上出現振鈴。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，首先可以進行推測。應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致的結果。下面的討論提供了相關信息和指南，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合時，地線電感形成一條諧振電路，在某些頻率上導致振鈴。

為觀察接地不良導致的振鈴或其它畸變，必須存在下面兩個條件：

1. 示波器系統帶寬必須足夠高，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( 快速上升時間 )，由于接地不良會導致振鈴或畸變。

圖 1. 由于使用 6 英寸的探頭地線 (a)，快速步進 (1 ns Tr)上面發生了畸變。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條件時可以看到的振鈴和畸變實例。圖 1 中所示的波形是使用 350 MHz 示波器、同時使用 6 英寸地線的探頭測量的。探頭尖端上的實際波形是一個步進波形，其上升時間為 1 ns。

這個 1 ns 的上升時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。這個振鈴信號與步進波形并聯注入系統中，顯示為步進頂部的畸變，如圖 1 所示。

在使用相同的示波器和探頭采集同一個步進波形時，得到圖1 中的兩個波形顯示。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，導致探頭接地電路的電容和高頻端子特點發生小的變化，進而改變了畸變。

探頭地線可能會在快速轉換的波形上導致畸變，意識到這一點非常重要。同樣還認識到，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致畸變發生變化，那么畸變是由探頭接地系統導致的。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

為進一步說明上述觀點，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信號 ( 參見圖 2)。圖 3 是得到的沒有畸變的步進波形顯示。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。顯示圖形現在精確繪制了測試點上的步進波形。

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

結論

從上面的實例中可以得出兩個主要結論。首先在探測快速信號時，地線應盡可能短。其次，通過設計產品測試能力，產品設計人員可以保證更高效地維護和檢修產品，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境，避免在安裝或維護過程中錯誤地調節產品電路。

圖 4. 無源探頭與有源探頭相比地線影響的實例

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境中需要測量快速波形時，記住要使探頭地線盡可能短。在許多情況下，這可以使用內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)，FET 探頭可以消除無源探頭遇到的許多地線問題，圖 4 進一步說明了這一點。

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解析。

公司目前致力于示波器測試附件配件研發、生產、銷售，涵蓋產品包含電流探頭、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