探測技術(shù)對于高質(zhì)量的示波器測量至關(guān)重要，而探頭通常是示波器測量鏈中的第一環(huán)。如果探頭的性能不足，就會在示波器上看到失真信號或誤導(dǎo)信號。為您的應(yīng)用選擇恰當?shù)奶筋^是進行可靠測量的第一步。如何使用探頭也會影響您進行精確測量的能力，以至于影響您獲得有用的測量結(jié)果。本應(yīng)用指南介紹8個重要技巧，幫助您為自己的應(yīng)用選擇適當探頭，提高示波器探測能力。
對于中低頻（小于600-MHz）測量來說，無源高阻抗探頭是很好的選擇。這些探頭堅固耐用且價格經(jīng)濟，具有寬動態(tài)范圍（大于300?V）和高輸入阻抗，從而和示波器的輸入阻抗相匹配。不過，和低阻抗（z0）無源探頭或有源探頭相比，無源探頭具有更高的電容負載，而且?guī)捿^低?？傊瑢τ诮^大多數(shù)模擬或數(shù)字電路的通用調(diào)式和故障診斷來說，高阻抗無源探頭都是一個極好的選擇。
對于在寬頻范圍上（大于?600?MHz）需要進行精確測量的高頻應(yīng)用來說，最好選用有源探頭。有源探頭比無源探頭價格較高，并且其輸入電壓有限，但是由于它們的電容負載顯著降低，因而能使您更精確地觀察快速信號。
▲圖1-1 用無源探頭和有源探頭測量具有 600 ps 上升時間的信號
在圖1-1中，我們看到的是采用600?MHz示波器（Keysight?DSO?9064A）測量具有500?ps?上升時間信號的屏幕快照。左圖是使用Keysight N2873A 500?MHz?無源探頭測量此信號的圖像。右圖是使用Keysight?N2796A?2?GHz?單端有源探頭測量同一信號的圖像。兩個圖中的黃色跡線均是信號在探測之前的曲線。綠色跡線是探測后的信號曲線，它與探頭的輸入相同。紫色跡線顯示的是測得信號，也可以稱為探頭輸出。
無源探頭在加載信號時會混入自身的電阻、電感和電容（綠色跡線）?；蛟S您希望示波器探頭不要影響被測件（DUT）的信號。不過，在本例中，無源探頭對被測件確實有影響。被探測的信號其上升時間由原來預(yù)期的600?ps?變?yōu)??ns，部分原因是由于探頭的輸入阻抗，另外還因為在測量583-MHz?信號（0.35/600?ps?=?583MHz）時，探頭的帶寬只有500-MHz。
無源探頭的電感和電容效應(yīng)還會造成探頭輸出的過沖和波動。一些設(shè)計人員對這個數(shù)量的測量誤差并不在意，但對某些設(shè)計人員來說，這個數(shù)量的測量誤差是無法接受的。
我們看到，在將有源探頭（例如Keysight N2796A 2GHz有源探頭）連接到被測件時，該信號幾乎未受影響。信號特征在探測后（綠色跡線）和探測前（N2796A?2GHz跡線）幾乎完全相同。此外，信號的上升時間也未受探頭的影響，始終保持在555ps。另外，有源探頭的輸出（綠色跡線）也和探測得的信號（紫色跡線）相匹配，測得上升時間為預(yù)期的600?ps。N2796A?有源探頭的2?GHz帶寬、優(yōu)異的信號保真度及其低探頭負載使這一切成為可能。
探測電路之前，先將一個探針連接到電路上的一點，然后再將第二個探頭連接到同一點。在理想狀況下，您應(yīng)看到信號無任何變化。如果信號產(chǎn)生變化，這個變化是由探頭負載引起的。在理想狀況下，示波器采用無擾線（具有無限的輸入電阻、零電容和零電感）連接到被測電路，它能對被測信號進行精確復(fù)制。但在現(xiàn)實世界中，探頭是測量的一部分，它會向電路加載負載。如欲檢查探頭的負載效應(yīng)，首先要將探頭連接到被測電路或一個已知的步進信號，另一端連接到示波器的輸入端。在示波器顯示屏上觀察此跡線，然后保存，再在顯示屏上調(diào)用以使跡線保留在顯示屏上進行比較。稍后，將相同類型的另一個探頭連接到同一探測點，觀察在使用兩個探頭進行探測時原始跡線有何變化。
▲圖2-2 由長接地引線引起的探頭負載
為了更好地進行探測，您可能需要對探測進行調(diào)整，或者使用較低負載的探頭。例如本例中，縮短接地引線就能起到好的效果。在圖2-2?中，電路接地采用18?cm（7英寸）長的接地引線。
大多數(shù)探頭在設(shè)計時都和特定示波器型號的輸入相匹配。不過，各個示波器之間也是略有差別，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也有差別。所以在將探頭連接到示波器的輸入端之前，一定要確保首先檢查探頭補償，因為此探頭先前可能已經(jīng)過調(diào)整以便和不同的輸入相匹配。為了解決這個問題，大多數(shù)無源探頭都采用內(nèi)置補償RC?分壓器網(wǎng)絡(luò)。探頭補償是調(diào)整RC分壓器的過程，以使探頭維持在額定帶寬上的衰減率。
如果示波器能夠自動補償探頭性能，使用該功能將會非常有用。否則，可使用手動補償來調(diào)整探頭的可變電容。大多數(shù)示波器在前面板上都可提供方波參考信號以對探頭提供補償。您可將探針連接到探頭補償端接，再將探頭連接到示波器的輸入端。觀察方波參考信號，使用小螺絲刀對探頭進行恰當調(diào)整，以使示波器屏幕上的方波看上去像方波。
隨著當前電池供電設(shè)備和集成電路變得越來越注重環(huán)保和高能效，工程師迫切需要高靈敏度的低電平電流測量能力，以確保電流消耗處于可接受的范圍之內(nèi)。需要精確測量功耗的主要應(yīng)用是無線移動設(shè)備和消費類電子產(chǎn)品等使用電池供電的應(yīng)用。為了盡量延長電池的使用時間，工程師需要最大限度降低產(chǎn)品在整個使用壽命中的功耗。功率定義為P?=?V?x?I。降低設(shè)備功耗的主要方法是在電源電壓固定不變的情況下，減少設(shè)備的平均電流消耗。
測量由電池供電的移動設(shè)備（例如手機或平板電腦）的電流消耗，最主要的挑戰(zhàn)是電流信號的動態(tài)范圍非常寬。移動設(shè)備通常需要在活動狀態(tài)（峰值電流非常高而且消耗得非?？欤┡c空閑或待機電流模式（只消耗極少直流和交流電流）之間來回切換。圖?4-1?顯示了在用GSM?手機打電話時測得的電流消耗。活動狀態(tài)下的電源峰值高達?2?A?左右，而空閑模式中的電流消耗極小。
▲圖4-1 用GSM手機打電話時測得的電流消耗
利用示波器測量電流，最簡單的辦法是用Keysight?1147B?或N2893A?等鉗形電流探頭直接監(jiān)測輸入被測器件的電流。可是，這種方法并不適合測量從不到1?毫安快速變到幾安培的小電流，因為鉗形電流探頭的動態(tài)范圍和靈敏度都非常有限，僅有幾毫安。以測量手機電流消耗為例，空閑狀態(tài)下的電流由于受到探頭噪聲的掩蓋而很難測量。
而且，為獲得更精確的測量，工程師必須不定期地對探頭進行消磁處理，以消除探頭核心的殘余磁性，并補償鉗形電流探頭的直流偏置。額外的校準流程會使鉗形電流探頭更加難以使用。
插入新模板、收藏、復(fù)制，都是針對黑色方框進行操作。最新的 Keysight?N2820A?系列高靈敏度電流探頭可以同時滿足寬動態(tài)范圍和高靈敏度電流測量需求。由于當前的應(yīng)用環(huán)境要求測試裝置的外形必須極小，所以這些探頭還具有另一個優(yōu)勢――只需極小的空間便能與被測器件（DUT）建立物理連接。
最新的N2820A/21A?交流/?直流電流探頭具有示波器電流探頭中業(yè)界最高的靈敏度，可覆蓋最低50?uA、最高5?A?的電流范圍。
