想要提升自己使用示波器的技能,请阅读此文

2016-03-09 10:01:18   来源:互联网   

关键字: 示波器探头  带宽  探头负载  测量

我希望与您分享从我多年的出差经历中与 1000 多名示波器用户的交流中所获得的一点心得。如果您想要提升自己使用示波器技能,阅读此文将会增进您对示波器的了解,而不会像我访问的很多示波器用户一样对示波器知之甚少。我们不是要对他们进行评判,他们当时已经根据自己的知识水平做到了最好,每个人都会犯错或可以做得更好——我也不例外。每当我向这些用户指出他们的错误和解决办法,他们的反应通常都一样——“天呐,太对了,”一幅恍然大悟的表情。
 
我所说的这些用户均犯了同一个错误。为了完成测量任务,他们花费了大量宝贵的时间和金钱选购最好的示波器,再配备上高质量的探头。有时,他们使用的是示波器自带的优质无源探头,但有时,他们也会花大价钱购置华而不实的有源探头(明智之举是升级到有源探头,有关这个问题的详细说明请见另一篇已发布的博文)。接下来才是问题的关键,他们将一大串附件晃晃悠悠地连接到探头末端。或许这看上去无关紧要,例如连接非常方便的长接地线,或者是外观非常实用的红色长输入线――使探头可以很容易地连接到抓取器,抓取器再夹在电路板上的部件上。但最后的结果都是相同的,屏幕上的信号“看起来很糟糕”或他们正在测试的设备开始表现异常。这时,他们常常会拽住我说,“嘿,你们设计的这款探头,现在不能正常工作了。”
 
最薄弱的环节
 
这些用户遇到的情况正是我所说的“最薄弱的环节”。典型的示波器测量有三个环节——示波器、探头以及到被测件的物理连接。您可能花大钱购买了最好的示波器和探头,但是为了更容易地连接到被测件,您可能在探头一端使用了极长的引线,这样测量系统的性能就会受到该引线性能的限制。连接附件是最薄弱的环节。它们将会限制测量带宽,并会对被测件增加过大的负载效应。 


 
我们可以把这些过长的连接附件当成是与探头串联的电感器。由于电感器的阻抗增加与频率成正比,如果它们连接到探头的信号引脚,它们就会限制通过探头的信号的带宽。此外,由于长连接附件与探头输入之间存在阻抗失配,沿连接线前进的信号将会形成反射,并显示在示波器上。如果那个特别长的接地引线连接至探头,也会出现类似结果。受流经电缆屏蔽层的接地回路电流的影响,长接地会生成更高阻抗的路径。这也会限制探头的带宽。此外,因长接地引线的感应而产生的阻抗可能也会在目标接地与探针接地点之间形成电势差,从而造成测量误差和较差的共模抑制。如果这还不算糟糕,那么这些特别长的连接附件还可能起到天线的作用,从周围环境中接收噪声,并将噪声耦合到您的测量中。最后就是负载。这些与电路接触的长引线现在已成为您电路的一部分,它们的寄生电容和电感会改变电路的特性。我们将此称为探头负载
 
越短越好
 
在这点上,我也常常听到这样的问题“如果那些连接附件‘有害无益’,您为何还要在探头上配备呢?”我们配备这些附件是为了提供方便。我们用它们来进行定性测量,例如“这就是时钟切换吗?”,那就是“总线上的数据吗”,“是否在 5V 以上”。它们可以非常方便地环绕在电路周围,快速检查功能。如果您想进行定量测量,例如测量上升时间、过冲、噪声电平等,我们建议您拆除这些方便的附件,尽量使用最短连接。也就是穿孔线,越短越好。 
 
请看下面的示例。我拿出自己精选的 2 GHz 有源探头,并采用三种不同的测量配置:使用长线连接到抓取器、仅用长线、使用短输入引脚和接地连接。注意,随着探头前端附件长度的缩短,带宽逐渐增加。顺便说一句,为了让您更容易进行测量,我们在产品手册中公布了这些带宽限制。 

 
注意,随着附件连接长度的缩短,探头负载(探头的实际存在会改变电路的功能方式)将会如何降低。在本例中,原始电路会产生上升时间为 1.1 ns 的上升沿(绿色迹线)。使用长线和抓取器将探头连接至电路会增加电路负载,上升时间变为 1.7 ns。当我移除抓取器,仅用长线进行连接时,上升时间开始好转,变为 1.5 ns,不过您仍能看到连接附件对电路的影响。最后,我移除所有长线,直接在探头上使用最短连接,电路的上升时间恢复至 1.1 ns。 


 
希望本文会对您有所帮助
 
如果以前您一直在错误地使用长连接附件进行重要测量,不要感到沮丧。您在一个好公司,很多示波器用户都犯过这样的错误,说实话,我也犯过。只要记住,使用这些长的、方便的连接附件进行快速查看没问题;但如果信号表现异常,您得到的结果不符合预期,那么最好拆掉它们,尽量换用最短的连接。越短越好。 
 
图中文字中英对照

 
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
编辑:
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/keysight_blog/article_2016030918.html
[发表评论]
[加入收藏]
[打印本页]
[关闭窗口]
[返回顶部]
[RSS订阅]
小广播
每日新闻
专题
最新下载
电子元器件搜索
Datasheet
本周热门资源推荐
EEWORLD独家
论坛精华
精选博文