探測電路總是會對信號產生一定的影響。探頭負載會改變被探測的信號，可能導致測量問題，甚至可能導致電路執行不同的操作。減少電容負載可以幫助最大限度地減少這些影響。在本應用中，您將了解低電容探頭如何改進測量。

下面我們概述了傳統無源探頭的一些主要優點和缺點，以及TPP1000、TPP0500B和TPP0250等泰克產品如何克服與傳統無源探頭相關的許多挑戰。

上面我們可以看到傳統無源探頭的主要優點和缺點，因為它涉及到電路探測。

以上我們看到了泰克低電容探頭與競爭對手提供的其他傳統探頭相比所具有的優勢。

最小化探針負載簡介

本應用說明介紹了泰克的高帶寬、低電容無源電壓探頭如何降低示波器用戶的總擁有成本，提高性能和測量精度，并節省設置時間。大多數示波器標配的無源電壓探頭提供了一種低成本的通用探測解決方案。一般來說，這些探頭缺乏有源電壓探頭的性能，但提供了堅固耐用和寬動態范圍適合可視化信號。表1描述了傳統無源探頭解決方案的優點和缺點。

該TPP1000，TPP0500B，和TPP0250重新定義在無源探頭類別的性能，與以前在這個類中未實現的規格。這些探頭設計用于泰克4、5和6系列MSO、3系列MDO、MDO3000、MDO4000和MSO/DPO5000系列示波器。

這種水平的性能是通過示波器內的電路和探頭的組合獲得的。如表2所示，帶寬、輸入電容和自動探針補償方面的改進將傳統無源探測的缺點轉化為優點。

本應用說明將更詳細地介紹:

降低擁有成本

提高測量精度

縮短設置時間

降低擁有成本

標準無源探頭的局限性，特別是在1GHz系統上，迫使用戶購買有源探頭，這大大增加了整體投資成本，TPP1000、TPP0500B和TPP0250探頭彌補了傳統無源探頭和更高性能、更高成本的有源探頭之間的差距TPP1000、TPP0500B和TPP0250具有行業領先的無源探頭規格和自動化的低頻和高頻補償，可降低用戶的總擁有成本，使示波器投資更具價值。

提高測量精度

有幾個因素會影響探頭向示波器傳遞信號的效果，用戶應考慮:

性能規格:探頭的帶寬和上升時間是多少?

探頭尖端的低輸入電容:探頭附件如何影響性能?

探頭加載:探頭在測試點加載信號的量是多少?

圖3，泰克、勒克羅伊和安捷倫標準無源電壓探頭的上升時間。

性能規格

通用無源探頭更喜歡堅固性而不是性能。這種折衷已經足夠了，因為這些探針主要用于可視化低速信號。這種折衷的另一個原因是，在制造一個堅固耐用、高性能并能測量數百伏電壓的探頭方面存在重大的設計挑戰。

有源探頭通常以1GHz帶寬開始，測量電壓小于10V(盡管一些泰克探頭可達到40V)，并且缺乏無源探頭的堅固性。無源探頭通常為500MHz或更低，測量數百伏特，并且堅固耐用。TPP1000、TPP0500B和TPP0250是唯一提供高性能、寬動態范圍和日常使用所需堅固耐用的探頭。

示波器和探頭的主要性能規范是帶寬。帶寬是頻率響應的量度，示波器主要是時域儀器。示波器上顯示的數據是幅值與時間的關系圖，在頻域上看起來很小的差異在時域上可能會有很大的影響。

大多數示波器用戶需要一個具有出色階躍響應的示波器和探頭，因為它能更好地指示探頭的輸出在示波器顯示屏上的樣子。為了正確顯示系統的階躍響應，將快速、干凈的階躍信號注入到測量系統中。探頭上升時間評估需要一個具有比探頭更快的邊緣速率的信號。考慮圖1中的屏幕截圖，它比較了Tektronix的TPP1000探頭和LeCroy和Agilent的標準無源探頭的上升時間。

每個探頭連接到相同的測試夾具，利用探頭的短接地彈簧，以獲得最佳性能。如上面的屏幕截圖所示，建立了一個快速、清晰的上升時間為240ps的階躍信號，作為與探針的階躍響應進行比較的參考。參考信號被識別為R1，并且是白色跡線。

泰克公司的TPP1000具有最快的上升時間(443.6ps)，具有與基準相同的幅度和形狀的波形，只有輕微的過沖。TPP1000是一款無源探頭，能夠以較快的邊緣速率捕獲信號。

圖4,帶長接地引線的標準無源電壓探頭的上升時間。

探頭尖端的低輸入電容

由于標準無源探頭主要用于顯示信號，大多數用戶將長探頭接地引線連接到接地連接。較長的接地引線使探針更容易在電路板上移動到各個測試點，而無需連接和重新連接接地。

短接地彈簧提供了最好的性能，但接地可能并不總是在彈簧的范圍內。長的接地引線，那些是6“或更長，使獲得一個接地連接更容易，但長的接地引線降低性能，由于附加的電感。

隨著接地引線長度的增加，添加到測量中的電感也會增加。電感和電容與頻率有關，當探頭的電感和電容增加時，探頭的性能下降。例如，帶有6"接地引線的探頭比帶有12"接地引線的探頭具有更高的性能和精度。

為了解決由接地線引起的性能問題，可以選擇使用較短的接地線來降低電感，或者選擇具有較低輸入電容的探頭。TPP1000、TPP0500B和TPP0250在探頭尖端提供<4pF的輸入電容，而其他標準無源探頭產品提供9.5pF的輸入電容。

使用這些泰克無源探頭，用戶可以連接更長的接地引線，而不會因具有更高輸入電容的探頭而導致信號下降。圖4顯示了泰克、萊克羅伊和安捷倫標準無源探頭的階躍響應，帶有長探頭接地引線。

增加長探針接地引線對性能的影響是巨大的。探頭的上升時間減少，輸出信號有振鈴，過沖增加，更大的振幅不準確性。TPP1000、TPP0500B和TPP0250為用戶提供了使用更長的探頭接地的便利性，使其在可視化信號時不會明顯損失性能和精度。

圖5,標準無源電壓探頭的探頭負載影響。

探頭裝載101

無源探針在探針尖端規格處的輸入電容和輸入電阻非常重要，因為它會影響被測電路。當一個外部設備，如探頭連接到一個測試點，它會出現在信號源上的一個額外的負載，從電路中吸取電流。這種負載，或信號電流汲取，改變了測試點后面電路的操作，并改變了在測試點看到的信號。

理想的探頭應該具有無窮大的阻抗，但這是不可能的，因為探頭必須吸收少量的信號電流，以便在示波器輸入端產生信號電壓。探針總是會引起一些信號源負載，挑戰在于盡可能保持低的負載。

最令人關注的負載是由探頭尖端的電容引起的。對于低頻，該電容的電抗非常高，對被測電路影響很小或沒有影響。隨著頻率的增加，容性電抗減小，并且在更高的頻率下，容性負載更高。

容性負載通過降低帶寬和增加上升時間來影響測量系統的帶寬和上升時間特性。該TPP1000，TPP0500B和TPP025提供顯著低于任何現有的高阻抗通用無源探頭的輸入電容。這些探頭尖端的輸入電容<4pF，明顯低于非Tek tronix探頭的9.5 pF。圖5顯示了TektronixTPP1000對LeCroy和安捷倫標準產品的探頭加載情況。

白色跡線是輸入信號波形，其他跡線顯示當探頭連接到測試點時，參考波形如何變化。重要的是要記住，這幅圖像中顯示的波形不是探頭的輸出，但它們顯示了探頭如何影響測試點的信號。

藍色軌跡顯示了TPP1000對源信號的最小負載影響，因為它與參考波形緊密匹配，并且對上升時間的影響最小。非Tektronix探頭的額外輸入電容會對性能和精度產生影響。如上所述，容抗在較高的頻率下減小，并且容性負載隨著頻率的增加具有更大的影響。

一個更高的電容探頭將有更大的負載在更高的頻率，這就解釋了為什么在LeCroy和安捷倫加載信號的圓角，前沿是方波的高頻含量的位置。當探測更快的信號時，非Tektronix探頭將更明顯地扭曲源信號并造成測量不準確。

圖6所示,低頻探頭補償。

圖7所示。高頻探頭補償。

縮短設置時間

由于探頭和示波器輸入特性的變化，通用無源探頭需要低頻補償。用戶可能沒有意識到需要低頻補償，可能忘記了這個過程，或者可能為了節省時間而放棄低頻補償。如圖所示6,探頭輸出必須使用調整工具進行補償，直到響應平坦，如下面的"適當補償"示例所示。

雖然低頻補償是所有無源測頭的必要且常見的用戶調整，但高頻補償通常需要由制造商的服務部門進行調整。

高頻補償調整點通常是用戶無法接近的，可能需要用戶損壞外標簽上的補償框，以獲得訪問權限。這種補償可能還需要特殊的設備，如校準發生器和特殊的探頭適配器，以進行必要的調整。如圖8所示，高頻補償可對前緣和長期平坦度進行校正。

圖8所示,自動低頻和高頻探頭補償。

TPP1000、TPP0500B和TPP0250連接到兼容的泰克示波器時，能夠自動進行低頻和高頻補償。補償TPP1000、TPP0500B和TPP0250的高頻和低頻補償所需的時間比手動調整標準無源測頭進行低頻補償所需的時間更短。

對于TPP1000、TPP0500B和TPPO250，當第一次將探頭連接到通道時，通過將探頭尖端和接地端固定到示波器的PROBE COMP引腳并選擇"Compensate Probe for"，可以輕松補償探頭。示例選擇如圖6所示。該過程耗時不到5秒，補償結果存儲在示波器中，以防探頭被移除并重新連接。示波器能夠為每個通道存儲多個探頭的結果。

波戈針

該TPP1000，TPP0500B和TPP0250船標準與可更換的剛性尖端和彈簧針墨盒。彈簧單高蹺針尖端是彈簧加載的，它需要更少的壓力在針上建立良好的電接觸，這意味著用戶不必按下探針尖端上的硬。由于幾個原因，使良好的接觸所需的力是一個重要的方面。首先，用戶在操作示波器時，不必把注意力集中在保持手在正確的位置上。

安裝彈簧單高蹺針后，探頭保持恒定的壓力，并為用戶提供良好接觸所需的壓力，當探頭被用于可視化信號時更舒適。此外，當接觸不良或信號未如預期出現在示波器上時，用戶傾向于更用力地按下探頭。這種力的增加可能會導致探頭不經意地滑離測試點，并無意中接觸到鄰近的信號，這可能會損壞測試設備或被測器件。

MMCX墨盒

該TPP1000和TPP0500B有一個可選的提示，大大減少雜散EMI耦合，幾乎消除了接地引線電感，并重視安全的測試點。

所有這些優點都通過稱為MMCX的行業標準射頻連接器實現。MMCX是一種廉價、現成的工業標準連接器，通常用于射頻應用。MMCX濾芯可擰入TPP1000或TPP0500B探頭。

結論

TPP1000,TPP0500B和TPP0250重新定義了無源探頭產品類別中的性能，與此產品類別中以前未實現的規格，將傳統的無源探測缺點轉化為優勢。這些探頭通過提供兩種技術中的最佳技術，彌補了通用無源探頭和更高成本有源探頭之間的差距:高性能、低成本，能夠測量數百伏的動態范圍;低輸入電容;以及日常使用所需的耐用性。

TPP1000、TPP0500B和TPP0250具有行業領先的無源探頭規格和自動補償功能，可降低用戶的總擁有成本，并為示波器投資帶來巨大價值。

審核編輯 黃宇