在示波器測量領域，存在一種常見的錯誤認知：人們往往以為示波器測量的準確性僅僅取決于儀器本身的規格，例如屏幕上顯示的波形數量。然而，實際情況遠非如此簡單，測量準確性是一個復雜的概念，它與測量設置緊密相關，確切地說，取決于測量設置下被測信號完整性的保持程度。任何測量的有效性，最終都取決于在整個測量過程中信號完整性是否得以維持。

示波器要實現對信號的準確測量，必須借助探頭與被測電子電路相連。探頭在這個過程中扮演著不可或缺的角色，它的任務是確保抵達示波器的信號純凈、無失真，并且盡可能地接近電路中原本的信號。如果缺乏恰當的信號調節，即便示波器有著高分辨率，也可能得出誤導性的結果，進而削弱示波器在實際測量中的價值。

示波器的準確性：ADC分辨率并非唯一決定因素

示波器信號測量的準確度并非由某一個單獨的參數所決定。人們最常犯的錯誤就是將示波器的準確度與示波器ADC(模數轉換器)的分辨率混為一談。誠然，更高的ADC分辨率意味著信號能夠以更多的離散級別來表示，但這一高分辨率并不能解決現實世界中的諸多問題，像噪聲、失真或者饋入ADC的信號路徑的質量等問題。

為了獲取更高的測量準確性，有效位數(ENOB)通常會被采用。ENOB考慮到了噪聲、失真以及其他影響示波器前端測量鏈的缺陷。不過，測量鏈并非起始于示波器的連接器，而是從探測系統開始。要實現高ENOB，不僅需要性能良好的示波器，還要求整個探測系統具備出色的信號調節能力。在某些情形下，如果低分辨率的示波器配備了高質量的探頭并且進行了適當的信號調節，相較于那些具有較高標稱ADC分辨率但信號調節較差的示波器，其測量結果可能會更準確。

實現準確測量的探頭的基本特性

要確保抵達示波器的信號盡可能少地受到衰減，必須考量兩個關鍵要素：探頭規格以及使用探頭的工程師的技能。不同類型的探頭具備不同的特性，而這些特性對于各類應用中的正確信號調節至關重要。

例如，無源探頭的重要性常常被人們低估。無源探頭用于在信號到達示波器之前對其進行衰減，從而防止前端超出輸入電壓限值。阻抗為1MΩ的無源探頭非常適合高阻抗電路，因為這種探頭在測量信號時產生的干擾極小。但無源探頭還需要具備極小的電容負載和寬帶寬，以與示波器的輸入帶寬相匹配。以泰克TPP1000無源探頭為例，它提供1GHz的帶寬以及小于4pF的電容負載，這有助于保持信號的完整性。

圖 1：探頭的額外電容會增加電阻值和電容值，從而增加測量的上升時間。

在高速數字信號應用中，無源探頭并非理想之選，因為它可能導致電路過載并限制信號帶寬。針對這種情況，帶有準確內置放大器的有源探頭應運而生，這類探頭能夠為電路提供低阻抗負載并且保持信號保真度。在某些特定的應用場景中，例如寬禁帶技術支持的快速開關功率電子組件，要求實現最大可能的帶寬和電壓容量。

這個例子清晰地表明了“示波器 + 探頭”鏈相較于單純的示波器ADC分辨率更為重要的原因。實際上，在這些場景中，特別是在嘈雜的環境里，或者在處理淹沒于大共模噪聲中的小差分信號時，抑制噪聲和干擾的任務主要依靠探頭本身。泰克有源探頭具有低輸入電容和高輸入阻抗的特性，這意味著探頭對被測電路的負載影響極小，這對于保持信號的完整性極為關鍵，同時也確保了測量行為本身不會改變電路的運行狀態。在某些情況下，為了在寬帶寬內實現共模抑制性能，需要進行電流隔離，就像利用寬禁帶新材料進行快速開關功率電子組件測試時那樣。

信號路徑和測量鏈

測量鏈的重要性并不局限于探頭本身。整個信號路徑(包括電纜、適配器和探頭尖端)在保持信號準確性方面都發揮著極為重要的作用。為了防止共模噪聲對信號造成扭曲，采用適當的屏蔽和隔離措施并且避免接地環路是非常必要的。

每一種特定的測量場景都需要一個精心設計的探測系統，這個系統包括針對不同類型的測試點(例如細間距引線或測試墊片)進行優化的合適的探頭尖端和附件。使用合適的探頭尖端能夠確保信號的捕獲質量，避免引入額外的電阻、電容或電感，從而防止測量失真。

圖 2：從測試設備到示波器輸入的完整信號路徑。

圖 3：IsoVu 探頭可抑制共模干擾，真實呈現信號。

結論：信號調節有助于準確測量

盡管示波器分辨率是影響信號測量的一個重要因素，但絕不是唯一的考量因素。如果信號調節不善，導致信號在到達示波器之前就已經受損，那么即便使用高分辨率的儀器，也會產生不準確的結果。通過使用高質量的探頭進行適當的信號調節，可以確保將信號的完整性(包括其幅度、頻率和相位特性)從被測電路如實傳輸到示波器，從而避免引入噪聲、失真或者負載效應，實現更可靠、更準確的測量。

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審核編輯 黃宇