- 探頭加重電路負(fù)載的原因和解決方案
- 被測數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換頻率
- 被測電路在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的源端阻抗
- 示波器探頭在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的輸入阻抗
示波器探頭的使用往往會(huì)改變被測電路的工作狀態(tài)。的確，我們都磁到過這樣的情形：當(dāng)用探頭測試電路時(shí)，電路工作正常，而一旦將探頭移開，電路的功能就會(huì)紊亂。這是一種常見的現(xiàn)象，也正是我們要討論的由示波器探頭引起的電路負(fù)載效應(yīng)問題。
當(dāng)探頭使電路的負(fù)載過重時(shí)，預(yù)期波形會(huì)如何變化呢？電路特性的變化主要由以下三個(gè)因素決定：
- 被測數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換頻率
- 被測電路在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的源端阻抗
- 示波器探頭在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)的輸入阻抗
1、0.5PF，1KΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。
2、1.7PF，10MΩ輸入阻抗的10儕FET有源輸入探頭。
3、10PF，10MΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。
參見圖3.11，在我們關(guān)注的上升時(shí)間范圍內(nèi)，探頭的并聯(lián)電容越高，阻抗會(huì)越低。在高頻時(shí)，只有并聯(lián)電容比較重要。
如果我們想讓探頭對被測電路的影響不大于10%，探頭的阻抗應(yīng)該至少110倍被測電路的源端阻抗。對于任何上升時(shí)間小于5NS的場合，10PF的探頭都無法滿足要求。
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例：探頭加載
參見圖3.12，我們通過一個(gè)50歐阻抗的長傳輸線，將信號(hào)源連接到一個(gè)50歐的端接器在端接位置連接一個(gè)感應(yīng)探頭，該探頭由一個(gè)1KΩ的電阻和一條5Ω阻抗的RG-174短同軸電纜組成。這個(gè)感應(yīng)同軸電纜的另一端接到一臺(tái)高速采樣示波器的50Ω端接的輸入端上。
現(xiàn)在我們可以將不同負(fù)載的示波器探頭接到測試點(diǎn)上，觀察它們對電路的影響。
圖3.13展示了一個(gè)TEKTRONIXP6137探頭連接到測試點(diǎn)時(shí)的情形。P6137是一個(gè)10倍衰減，10PF的100MΩ類型探頭，應(yīng)探頭連接到400MHZ的便攜式示波器。第一個(gè)波形是沒有加載探頭時(shí)的記錄結(jié)果；第二個(gè)波形是加載了帶有6IN長接地線探頭時(shí)記錄的結(jié)果；第三個(gè)波形是將裸探頭的尖端觸點(diǎn)直接接觸測試點(diǎn)A，探頭外殼用刀片直接接地時(shí)得到的結(jié)果。
第一個(gè)波形的上升時(shí)間最好，為600PS，并伴有中等程度的振鈴。第二個(gè)波形則在上升時(shí)間上有所劣化，并在最初的上升沿后有較大下沖。第一個(gè)波形也有波動(dòng)，但波動(dòng)保持在漸近線上下半個(gè)刻度的范圍之內(nèi)。最后一個(gè)波形的上升時(shí)間顯示為800PS，而且波動(dòng)很小。
讓我們來計(jì)算預(yù)期的上升時(shí)間劣化，然后與這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。
如第三個(gè)波形所示，當(dāng)連接的串聯(lián)電感很小時(shí)，探頭等效于一個(gè)簡單的電容負(fù)載。圖3.12所示的測試點(diǎn)等效信號(hào)源端阻抗為25歐，當(dāng)耦合到10PF的容性負(fù)載時(shí)，其RC上升時(shí)間是：
這個(gè)值正好對應(yīng)了800PS的測量結(jié)果，達(dá)到了我們預(yù)期的精確程度。
當(dāng)探頭負(fù)載使信號(hào)上升時(shí)間增加了200PS時(shí)，信號(hào)的延遲僅增加了100PS，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)門電路的轉(zhuǎn)換時(shí)間是在上升沿的中部，而不是10%或90%點(diǎn)的位置。
