示波器探头的选择和使用原理分析

发布时间: 2024-01-02 作者: 安博棋牌官网

  示波器因为有探头的存在而扩展了示波器的应用场景范围,使得示波器可以在线测试和分析被测电子电路,如下图:

  其二:探头是整个示波器测量系统的一部分,会直接影响仪器的信号保真度和测试结果

  当探头探测到被测电路后,探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括下面3部分:

  阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻,对被测信号有分压的作用,影响被测信号的幅度和直流偏置。有时,加上探头时,有故障的电路可能变得正常了。一般推荐探头的电阻R>

  10倍被测源电阻,以维持小于10%的幅度误差。

  容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容,对被测信号有滤波的作用,影响被测信号的上升下降时间,影响传输延迟,影响传输互连通道的带宽。有时,加上探头时,有故障的电路变得正常了,这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使用电容负载尽量小的探头,以减小对被测信号边沿的影响。

  感性负载来源于探头地线的电感效应,这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振,从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现非常明显的振铃,需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃,检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线探头的感性负载

  示波器探头大的方面能分为:无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探头供电。

  1.5GHz),较低的价格,但是电阻负载非常大,一般只有500ohm或1Kohm,所以只适合测试低源阻抗的电路,或只关注时间参数测试的电路。

  带补偿的高阻无源探头是最常用的无源探头,一般示波器标配的探头都是此类探头。带补偿的高阻无源探头具备较高的输入电阻(一般1Mohm以上),可调的补偿电容,以匹配示波器的输入,具备较高的动态范围,可以测试较大幅度的信号(几十幅以上),价格也较低。但是不知之处是输入电容过大(一般10pf以上),带宽较低(一般500MHz以内)。

  带补偿的高阻无源探头有一个补偿电容,当接上示波器时,通常要调整电容值(需要用探头自带的小螺丝刀来调整,调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置),以与示波器输入电容匹配,以消除低频或高频增益。下图的左边是存在高频或低频增益,调整后的补偿信号显示波形如下图的右边所示。

  高压探头是带补偿的无源探头的基础上,增大输入电阻,使得衰减加大(如:100:1或1000:1等)。因需要使用耐高压的元器件,所以高压探头一般物理尺寸较大。

  我们先来观察一下用600MHz无源探头和1.5GHz有源探头测试1ns上升时间阶跃信号的影响。使用脉冲发生器产生一个1ns的阶跃信号,通过测试夹具后,使用SMA电缆直接连接到一个1.5GHz带宽的示波器上,这样示波器上会显示一个波形(如下图中的兰色信号),把这个波形存为参考波形。然后使用探头点测测试夹具去探测被测信号,通过SMA直连的波形因为受探头负载的影响而变成黄色的波形,探头通道显示的是绿色的波形。然后分别测试上升时间,可以看出无源探头和有源探头对高速信号的影响。

  使用1165A 600MHz无源探头,使用鳄鱼嘴接地线:受探头负载的影响,上升时间变为:1.9ns;探头通道显示的波形存在振铃,上升时间为:1.85ns;

  使用1156A 1.5GHz有源探头,使用5cm接地线:受探头负载的影响较小,上升时间仍为:1ns;探头通道显示的波形与原始信号一致,上升时间仍为:1ns。

  单端有源探头结构图如下,使用放大器实现阻抗变换的目的。单端有源探头的输入阻抗较高(一般达100Kohm以上),而输入电容较小(一般小于1pf),通过探头放大器后连接到示波器,示波器必须使用50ohm输入阻抗。有源探头带宽宽(现在可达30GHz),而负载小,但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右),动态范围较小(这个需要注意,因为超过探头动态范围的信号,不能正确测试。一般动态范围5V左右),比较脆弱,使用需小心。

  差分探头结构图如下,使用差分放大器实现阻抗变换的目的。差分探头的输入阻抗较高(一般达50Kohm以上),而输入电容较小(一般小于1pf),通过差分探头放大器后连接到示波器,示波器必须使用50ohm 输入阻抗。差分探头带宽非常宽(现在可达30GHz),负载非常小,具有较高共模抑制比,但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右),动态范围也较小(这个需要注意,因为超过探头动态范围的信号,不能正确测试。一般动态范围3V左右),比较脆弱,使用需小心。

  差分探头适合测试高速差分信号(测试时不用接地),适合放大器测试,电源测试,适合虚地测试等应用。

  电流探头也是有源探头,利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号,示波器采集电压信号,再显示成电流信号。电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流,使用时需要引出电流线(电流探头是把导线夹在中间进行测试的,不会影响被测电路)。

  当电流钳闭合,把一通有电流的导体围在中心时,响应地会出现一个磁场。这些磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转,在霍尔传感器的输出产生一个电动势。电流探头根据这个电动势产生一个反向(补偿)电流送至电流探头的线圈,使电流钳中的磁场为零,以防止饱和。电流探头根据反向电流测得实际的电流值。用这个方法,能够非常线性的测量大电流,包括交直流混合的电流。

  随着被测电流频率的增加,霍尔效应逐渐减弱,当测量一个不含直流成分的高频交流电流时,大部分是通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。此时,探头就像一个电流变压器,电流探头直接测量的是感应电流,而不是补偿电流,功放的输出为线圈提供一个低阻抗的接地回路。

  当电流探头工作在20KHz的高低频交叉区域时,部分测量是通过霍尔传感器实现的,另一部分是通过线电流探头交叉区域的工作原理

  现代的高带宽有源探头都采用分离式的设计方法,即:探头放大器与探头附件部分分开。这样设计的好处是:1、支持更多的探头附件,使得探测更加的灵活;

  2、保护投资,最贵的是探头放大器(一个探头放大器可以支持多种探测方式,以前需要几个探头来实现);同时探头附件保护探头放大器(探头附件即使损坏,价格也相对便宜);

  4、差分SMA探头附件(示波器一般直接支持SMA连接,但是如果被测信号需要上拉如HDMI,则必须使用SMA探头附件)。

  探头附件的电路结构如下图所示:1、在探头附件尖端部分会有一对阻尼电阻(一般82ohm),这对阻尼电阻的作用是消除探头附件尖端部分的电感的谐振影响;2、探头尖端部分的后面是25Kohm的电阻,这个电阻决定了探头的输入阻抗(直流输入阻抗即电阻:单端25Kohm,差分50Kohm),这个电阻使得被测信号传输到探头放大器部分的功率是非常小的,不至于对被测信号有较大影响。3、25Kohm的电阻后面是同轴传输线部分,这个传输线负责把小信号传输到放大器。这个传输线的长度可以很长,也可以很短,中间可以加衰减器,也可以加耦合电容。4、同轴传输线连接到放大器,放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。图17有源探头附件的结构有源探头为了保持探头的精确度,需要工作在恒温状态,所以探头放大器不能放置到高低温箱里进行高低温环境下被测电路板的测试。从探头附件结构中可见中间的50ohm传输线的长短不影响探测,所以可以用很长的同轴电缆或扩展同轴电缆,让这个同轴电缆伸进高低温箱里进行高低温换进下被测电路板的测试。如下图是N5450A扩展电缆,使用N5381A焊接探头附件,可以工作在-55°到150°温度范围。使用N5450A扩展电缆和N5381A探头附件,使用1169A 12GHz探头放大器,在-55°和150°环境下的频响曲线如下图所示,可见能够满足高速信号测试的要求。

  下图是一个例子:被测信号是一个频率456MHz,边沿时间约65ps的时钟信号,分别使用不同类型的探头和探头附件的测试结果。

  A图是使用12GHz的1169A差分探头和N5381A 12GHz焊接探头附件的测试结果,几乎完全复现被测信号;

  B图是使用500MHz的无源探头的测试结果,显示的信号完全失线A差分探头和较长的测试引线的测试结果,显示的信号出现很大的过冲;

  D图是使用4GHz的1158A单端探头和较长的测试引线的测试结果,显示的信号几乎是正弦波,失线不同探头附件测试结果对比

  从图中可见探头和探头附件对测试精确度的影响是非常大的,是我们测试高速信号应该重点注意的内容之一。那我们应该如何验证探头和探头附件呢?

  验证探头和探头附件需要用一台脉冲码型发生器(如:81134A,3.35GHz速率,60ps边沿的脉冲码型发生器),如果示波器自带高速信号输出功能,也可以使用示波器的这个辅助输出口代替脉冲码型发生器(如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以发一个高速时钟:456MHz频率,约65ps边沿)。另外,需要同轴电缆和测试夹具(Infiniium示波器配置的探头校准夹具可以作为探头和探头附件验证测试夹具)。测试夹具的外表是地(Ground),里面走线是信号(Signal),如下图所示。使用时,通过同轴电缆把一端接到脉冲码型发生器或示波器的辅助输出AUX OUT端口,另外一端通过适配器连接到示波器的通道1上。图21探头验证夹具然后把被验证的探头连接到通道2上,探头通过探头附件可以接触到测试夹具的信号和地(如果是差分探头,那么把+端连接到测试夹具的信号线,把-端连接到测试夹具的地上)。1、如果探头不接触信号线,则屏幕上会出现一个原始波形,存为参考波形;

  2、当用探头探测信号线的波形会发生变化,这个变化后的波形就是被探头和探头附件影响后的被测信号;

  3、这时,连接探头的通道2会出现一个波形,这个波形是探头测试到的波形;

  4、通过对比参考波形,通道1的波形,和连接探头的通道2的波形,就可以直观的看出或通过测试参数读出三者的差别,可以验证探头和探头附件的影响。

  下图是实际验证的一个例子,图A把示波器的AUX OUT通过同轴电缆连接到测试夹具,测试夹具的另一端通过SMA-PBNC适配器连接到示波器的一个通道上(此例连接到通道3),把探头连接到通道1上,此时调整屏幕上的波形,使得出现一个边沿阶跃波形,如图C所示,并把此波形存为参考波形。如图B把被验证探头和附件点测到测试夹具上,如图D所示,屏幕上出现3个波形,兰色的是参考波形,绿色的是受探头影响后的被测波形,黄色的是探头显示的波形,通过测试上升时间参数,过冲参数等,可确认探头和探头附件的性能。

  上一篇:处理数字示波器测量问题下一篇:CP8030H电流探头操作注意事项及异常处理方法

  电子电路(比如手机、服务器等领域)的切换速度、信号摆率比以前更高,同时芯片的封装和信号摆幅却越来越小,对噪音更加敏感。因此,电路设计者们更关心电源噪音的影响。实时示波器是用来进行电源噪音测量的一种常用工具,但是如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果,PRBTEK在和用户交流过程中发现很多用户的测试方法不尽正确,所以把电源纹波噪音测试中必须要格外注意的一些问题做一下总结,供大家参考。 由于电源噪音带宽很宽,所以很多人会选择示波器做电源噪音测量。但是不能忽略的是,实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪音。如果要测量的噪音与示波器和探头的噪音在相同数量级,那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。 示波器的主要噪音来源于2个

  示波器主要分为两大类:模拟示波器和数字存储示波器。 1、模拟示波器的现状。目前主要的模拟示波器的制造厂商正在呈现逐渐减少的趋势。美国从90年代中期就已经停止了模拟示波器的生产,日本也只剩2-3家。国内尚有10家左右。 目前,模拟示波器主要应用在高校的实验室、生产线、维修和部分特殊领域的测试。 由于模拟示波器具有三维显示中较重要的亮度信息,同时有高达几十万次的刷新速率,模拟示波器具有时间上的无限分辨力,也就是模拟示波器对输入信号的测量在时间上是连续的。因此中低档的数字示波器还不能完全取代模拟示波器。 2、数字存储示波器的现状:目前主要的生产厂家是美国安捷伦公司,泰克公司和力科公司。 台湾的固纬公司,还有在国内异军突

  1、嵌入式串行总线分析 串行总线 系列 MSO 转变为利用自动解码、触发和搜索功能调试串行总线不可或缺的工具。以下是一些示例: I2C, SPI I3C RS-232 / 422 / 485 / UART USB 2.0 以太网 2、电源完整性和电源管理 如今的电路板可以有 20 个或更多的电源轨,其中有许多只有几伏,且有严格的噪音限制。多达 6 条模拟输入通道兼容的低噪音电源纹波探头SVID 和 SPMI 解码选项 3、电源测量和分析 4 系列不仅待机功率较低、开关速度更快且噪音限制更严格,而且能加快电源故障排除、优化和验证。交流线路和谐波测量开关损耗分析直流电源纹波测量波特图和电源抑制比支持各种电流

  MSO4系能做哪些测试 /

  利用一块附加的电路板,输入要观测的电信号,将输出信号接到电视机的视频输入接口,屏上就能显示电信号的波形。电路结构如图1,实际的电路兄图2。 振荡电路 用555时基电路产生水平同步信号和锯齿波信号,其输出周期tH=0.693x(Ra+Rb)C1,tL=0.693 RbC1。 输入电路 被观测信号接到输入端口,SW1是AC/DC选择开关,合上为直流,断开为交流;信号波形在电视屏上的位置由VR3调整,其调整范围与锯齿波信号电压范围(1/3Vcc 2/3Vcc)相似,C3、C4起稳定VR3端子电压的作用;波形振幅的大小由电位器VR4调节。 控制电路 把振荡器产生的锯齿波信号和输入信号送至比较器IC2a进行脉宽调制(PWM),生成PWM信号,

  示波器是广泛应用的测试仪器,利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。示波器测量电压最大量程是多少呢?本文为你带来答案。 示波器测量电压最大量程 示波器的面板上都有写。比如常见的TEK示波器。写着1M欧300V.50欧5V(50欧这一项是好一点的示波器才有)。 这就是说,示波器端口在1M欧输入为最大300V,50欧输入时为5V。如果你的示波器没这个选项,一般就是300V的。示波器端口最大允许输入电压300V。而一般的探头是1X或10X的。如果你使用1X,那么你最高只能向探头上加300V(峰值),如果你使用10X,理论上你可以向探头上加3000

  测量电压最大量程 /

  国产电流探头是一款能够同时测量直流和交流的高频电流探头。高带宽,可准确快速捕捉电流波形;高精度,在电流测量量程范围内,精度高达1%,满足大部分测试领域的需要;两个量程可供选择,方便小电流测量;自动消磁调零功能,使用方便;声光过流报警功能,提醒量程切换;电子轻触式按键设计,使用寿命更长;标准的BNC输出接口,可匹配任何厂家示波器。 国产电流探头的的精确校准是一个非常复杂的过程。其实,比所谓的校准更加准确的一种说法应该是确定电流探头的特性。我们必须正确的确定探头的特性,其过程要能够反映出用户使用探头的方式。探头的制造商通常会销售一种校准器具,其阻抗会保持为50Ω。将50Ω 的负载连接到电流探头的输出端,而其输入端则连接一个

  在上期视频中,我们共同分享了在ZDS2022示波器中如何对正负脉冲个数进行统计,可能部分客户在统计过程中会出现这样一种情况,正脉冲或负脉冲个数统计的当前值,最大值,最小值和平均值显示的测量结果不一样,但理论分析应该是一样的。这又是怎么回事呢? 图1 无清除测量显示 事实上,ZDS2022示波器中的参数测量是自带统计功能的,打开参数测量时就开始统计,但统计开始时,像这种情况(展示图片),就是我们还没有设置合适的阈值条件,可是当我们设置好阈值之后,统计功能却已进行了一段时间;在其他测量情况下,统计可能在探头没放在测试点上就开始或是在测试点的电压还没稳定显示就开始,这就会导致出现上述的问题。 为了避免上述问题的出现,我们该

  百集实操特辑之20:测量中的一键清除 /

  1 均衡需求背景 因为电路板材料在高频时呈现高损耗,目前的高速串行总线速度不断演进,使得流行的电路板材料达到极限,信号速度高到一定程度后,信号到达接收机端之后,已经有较大的损耗,因此可能导致接收端无法正确还原和解码信号,从而出现误码;如果你直接观察这个时候接收端的眼图,它可能是闭合的。因此工程师可以有两种选择,一是在设计中使用较为昂贵的电路板材料,另外是仍然沿用现有材料,但采用某种技术补偿其损耗误差。考虑到低损耗电路板材料和线路的成本太高,我们通常都会优先选择补偿技术的做法。均衡就是这样一种技术,有了这一技术,FR4等传统电路板材料不至于很快被淘汰。使用均衡技术意味着在接收机上要使用均衡芯片或均衡算法。目前采用均衡技术的实例包括

  的眼图轮廓方法分析高速串行数字信号

  检测系统

  笔记】STM32WB低功耗蓝牙无线接口

  》孙灯亮编著

  研讨会 : Tektronix 嵌入式系统调试及混合信号系统验证测试中示波器的使用

  解锁【W5500-EVB-Pico】,探秘以太网底层,得捷电子Follow me第4期来袭!

  参赛冲击【万元大奖】啦|2023 DigiKey“智造万物,快乐不停”创意大赛

  4系列MSO混合信号示波器于2019年首次推出时,就基于4系列示波器,引入了新的操作方法。凭借其创新的触摸屏用户界面和高清显示屏,它将备受 ...

  串行数据通信、电源管理和电源转换技术的进步使得捕获、观察和分析更复杂的信号细节对于准确的测量和高效的故障排除至关重要。全新4系列B ...

  PH计是一种常用的仪器设备,一般用于测量液体中的氢离子浓度,可得出酸性、中性还是碱性的数值。主要使用在在环保、污水处理、医药、化工等领 ...

  面对升级挑战游刃有余 赋能工程师不断创新突破当今时代,电子测试测量工程师面对的挑战更复杂、数据更庞大、时间更紧迫,需要快速提取信息 ...

  泰克推出全新4系列B MSO 以更出色的解决能力高效提升分析和数据传输速度

  全新的计算平台将响应速度提高了 2倍,并配有备受赞誉的界面和远程操作功能中国北京2023年12月5日– 业内领先的测试与测量解决方案提供商 ...

  轻装上阵·信号无忧 超便携函数/波形信号发生器DG900 Pro/800 Pro系列亮眼登场!

  29-基于单片机的防盗报警系统仿线G专利反诉诺基亚,是中国企业5G许可费率博弈关键

  消息称阿里云削减政企定制项目和 IoT 硬件集成业务,扩大 AI 部门招聘

  立讯精密 21 亿元投资和硕昆山工厂,成仅次富士康的第二大 iPhone 组装商

  的信号链实时性评测和使用教程

  有奖直播报名:TI DLP技术在汽车行业的创新应用——增强型抬头显示

  畅游安富利人工智能云会展,挑战60天打卡学习养成记!冲击华为Mate40 Pro、Apple iPad Air等豪礼啦!

  LYTSwitch-1 LED驱动器 天生小体积,应用高效率,围观有好礼!

  了解 MPS 隔离解决方案,答题赢【华为蓝牙无线耳机、小米氮化镓充电器】!

  下载应用文章有礼啦!新方案新标准:助你克服第四代I/O应用中的接收机测试挑战!

关注我们
欢迎您关注我们的微信公众号了解更多信息:
欢迎您关注我们的微信公众号
了解更多信息