示波器探头使用

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探测困难的形状
表面安装探头触针 弯形触针
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表面安装探测
这种探头触针采用 曲线探测头，非常 适合表面安装器件 。
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使用弯形触针
这种触针是为必 须水平放置探头 的情况设计的。
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探头的色码
三色LED亮，颜色 与示波器上的曲线 颜色相匹配。
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4 inches
100 10 1
10 nH
1
10
ຫໍສະໝຸດ Baidu
100
1G
10 G
Frequency (MHz)
在探头中增加引线时，会产 生谐振，特别是在较高频率 时。
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地线长度也很重要 (低频时的常见缺陷)
使用10无源探 头测量的脉冲 A: 没有地线 B: 50 cm地线 C: 10 cm地线 D: BNC直接电 缆连接 (真实信号形状)
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为什么担心示波器探头?
探头从环境中拾取的噪声会增加到信号中。这是尽量缩短信
号引线和地线的另一个原因。 解决方法:尽量减小地线的长度
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选择适当的示波器探头 •无源探头
•有源探头 •差分探头
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基本探头类型
无源探头
没有有源器件，如放大器 它只由无源部件组成 通过使用有源器件，如晶体管或FET，能够实现更宽的带宽、更高的阻
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差分放大器
高性能差分放大器
100 MHz带宽 100,000:1 CMRR 完美的过速驱动恢复功能 低噪声
Probus控制功能，通过示波器用户界面全面控制放大器 DA1855A还拥有精密电压发生器、BWL滤波器和可变增益及衰减设置
为不同应用提供配套探头对
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探测各种测试点
电路板带来了各种不同的探测问题

需要选择探头触针 和地线，解决这些难 题。
IC脚
通路
SMD
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使用无源探头探测IC芯片
这里所示的方法最大限度地降低了接地环路引起的过冲和振铃。扁平的“铲形”地 线电感要低于长度相同的圆形“线形”地线。地线电感越小，从探头中感应的过冲越 小。
抗和更低的电容
有源探头
差分探头 测量两个信号之差
不使用参照接地
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无源探头
示波器的输入阻抗和探头的阻抗构成了一条衰减器电路。
探头 9兆欧 衰减比 1兆欧/(9兆欧+1兆欧) = 1/10
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示波器 1兆欧
无源探头: 10 Voltage Probe
Circuit Under Test Scope Probe Signal to Oscilloscope Attenuator
免提探测
免提探头支架重 量轻，进行绝缘 ，可以在探头触 针上保持稳定的 压力。
器可以设置的最大灵敏度。 配套的通道精度有限，严重限制着“抑制” (减)去A和B “公共”信号的能力
线路 电压
1W 并联
示波器保持安全接 地
负荷电路
在下述情况下，通道“A” – 通道“B”是不够的： 共模电压 >> 被测电压
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示波器差分测量: “A” - “B”
“A” – “B”的局限性
vSignal
A
VA-B
ZCircuit
B
ZGround Lead
探头输入电阻和电容
Oscilloscope Ground
÷10 voltage probe reduces circuit loading by increasing resulting impedance of the input components:
控制 电路
电感器 饱和 阶跃响应
波纹电流
SOA
浮动测量 电源测量实例
参照接地测量
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测量电压
使用传统示波器探头可能很难测量开关式电源上的电
压 动态范围宽 – 需要测量几mV到几kV的电压 测量没有参照接地 电路负荷 有噪声的环境 解决方案 – 差分测量 – 使用差分放大器和/或差分探头
某些有源探头中的输入电抗
100 kW 寄生L和C的输入谐振可能会使谐振频率上的输入阻 抗下降到零。
输入 阻抗 W
0 DC 4 GHz
频率
每个探头都有一定的电阻、电容和电感，因此会发生LRC谐 振。探头设计人员面临的挑战是获得把谐振移到探头工作带 宽范围之外的L、R和C值。
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尽量缩短输入引线
为什么是差分? – 接地连接
在地线连接到电位与接地不同的点上时...
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为什么是差分? – 接地连接
例如，连接到墙上的插座上...
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接地连接
大的电流可能会流经地线。
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为什么是差分? 非参照接地的电压测量
电压表有两条导线。黑色引线作为参照。
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示波器探头使用
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内容包括
探头使用注意事项 无源探头 有源探头 差分探头 力科探头大全
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为什么担心示波器探头
1. 2. 3.
在把探头连接到电路上时，可能会发生下面三种情况: 您可以把实际波形形状传送到示波器屏幕上。 探头可能会改变波形形状，您会在示波器上观察到不同形状 的信号。 您可能会改变被测设备的运行(良好的设备可能会开始不能 正确运行，或反之)
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为什么担心示波器探头?
每个探头都是一种滤波器或RC滤波器
低通特性
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为什么担心示波器探头?

RC滤波器衰减超出某个频率的信号幅度
频率
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为什么担心示波器探头?

探头滤波效应会使快速信号边沿变圆。
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为什么担心示波器探头?
探头操作类似于天线，它会拾取电子噪声。
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示波器差分测量
进行差分测量的方法
“浮动示波器” “A” – “B” 隔离器 真正差分
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差分测量 – 浮动示波器
浮动示波器非常危险!!! 浮动示波器可能会…
损坏DUT 损坏示波器 导致测量精度差
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示波器差分测量： “A”-“B”
A和B必须都在屏幕上。这决定着示波
10 MW resistor 10 pF capacitor typical
Xc= 1/(2fC) (10 pF = 159 W at 100 MHz)
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基本缺陷 – 如果示波器输入耦合设置不正确
信号衰减太多
探头 9兆欧
衰减比 50欧姆/(9兆欧+50欧姆) = 1/180,001
常见缺陷 – 参照
每个测量都需要一个参照
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常见缺陷-参照
每个测量都需要一个参照。
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参照
参照是地线的电平。
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参照
地线连接到什么上?
?
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参照
地线连接到示波器的框上。
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参照
框连接到什么上?
?
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参照
PROBE 9 MW SCOPE
1 MW
正因如此，通常推荐使用有源探头，探测比较高的频率成分的信号。
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电阻、电容和电感对有源探头输入阻抗的影响
输入电阻是主要影响
100 kW
输入电容是主要影响
输入 阻抗 W
输入电感是主要影响
0
DC
2 GHz
频率
在不同的频率上，探头的不同特点变得重要
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绝缘IC触针将防止支脚之间 短路(下一张幻灯片上提供了
由力科公司提供
放大图)。 使用接地刀片和铜连接盘， 实现最短的接地环路。
铜连接盘可以焊接到IC的接地针脚上，仿真内部 地平面。
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使用无源探头探测相距很近的两个点
探测相距很近的测试点和接地点可能会非常困难。
对信号输入使用尖触针，探 测小的测试点。 使用偏移地线，缠在探测头
(特别是较高频率的信号)
输入引线会增加电感，与探头输入C构成一个LC串联谐振电路
触针和接地仅增加1/2英寸，在1 GHz时就会把Zin从159 W下降
到8.3 W!
0 inches 1 inches 2 inches
10 nH 1 pF 100 kW
10 k 1k
Input Impedance (Ohms)
弹簧引线
偏移引线
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使用模块化触针探头IC
地线根据信号引线 的可变间隔进行旋 转。
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偏移地线
注意地线与上一张幻灯 片相比进行旋转
这种技术允许使用为不 同元件形状优化的多个 可互换触针，同时最大 限度地降低电感。
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探测精细间隙IC
探头触针可以放在 IC的两个针脚之间 ，因为它只在一侧 传导。这要比在IC 引线上平衡探头触 针简便得多。
非参照接地的电压测量
与电压表类似，差分放大器或差分探头有两条引线。在没有参照接地
的情况下，测量两个信号之差。
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开关式设备电源测量
涌入电流 VDS X IDS = 功率 线路 电压 VGS VDS (Sat) VON 变压器B-H 关机特点, 同步整流器定时 波纹电压
线路 电流 谐波
负荷电路
重要特点:
• 共模范围 • 共模抑制比 • 真正平衡输入
负荷“看到”高阻抗 抵消引线寄生效应!
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真正差分放大器 – 最佳解决方案
在示波器安全接地时准确地进行差分测量 两个与高阻抗输入匹配的输入 在宽频率范围内实现高CMRR 两种产品
高压有源差分探头 带有探头对的差分放大器
周围，连接到接地上。
Courtesy LeCroy Corporation
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使用无源探头探测表面安装器件
由于尺寸小，探测SMD元件可能会非常困难。
使用不连续SMD触针，可靠 地连接SMD元件 使用各种地线，如短线，连
接接地点
Courtesy LeCroy Corporation
在感兴趣的信号比共模小得多时，不能使用这种技术。 示波器不能获得稳定触发
必须触发Ch A或Ch B，而不是两者之差。
高频CMRR差，使其用途只限于抑制线路频率或以下频
率上的共模信号。
要更加认真地校准通道，以与探头衰减相匹配
标准探头和示波器衰减器不能准确地匹配AC衰减。
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示波器 50欧姆
无源探头调节
调节什么?
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无源探头调节
每个示波器输入都有一定的电容
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无源探头调节
它可以平衡探头电容效应
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无源探头调节
波形调节
良好
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有源探头
使用晶体管会产生较高的阻抗
高阻抗 低电容
50欧姆
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DXC100A – 500 V, 10x/100x可以选择 DXC200 – 200 V, 1x DXC5100 – 2500 V, 100x
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共模抑制(续)
回扫拓扑开关式电源
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共模抑制(续)
ADP305的共模抑制
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共模抑制(续)
DA1855A的共模抑制
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怎样把有源探头物理连接到不同类型的电路板形状 上?
力科单端探头实例， 其中带有接地使用的软 引线和信号输入使用的 直触针 这种技术保证了以最 小电容和电感实现可靠 接触
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可互换探头触针
每种触针都可以用于信号 或接地连接
普通触针 尖触针
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灵活间距的信号和接地路径使用的设备
框通过电源线连接到接地上。
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参照
因此，这一测量的参照是接地。
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参照

被测设备的框(通常)也通过电源线连接到接地上。
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参照–为什么采用差分方式
这个“接地环路”有时可能会导致问题。此外，我们有时想测量
两个相互参照的信号，而不是参照接地。
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差分电压测量 – 隔离器
隔离器是允许示波器进行安全浮动测量的一种配件。
隔离的系统
由具有绝缘保护的示波器前端组成，驱动基于光学隔离或变压器
隔离器的局限性
输入不平衡 寄生电容 高频时低CMRR
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差分测量 – 真正差分
线路 电压
1W 并联
差分 放大器
示波器保持安全接 地!
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为什么担心示波器探头?
在探头连接到目标电路上时 …...
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为什么担心示波器探头?
它从电路获得能量，然后发送到示波器。探头是信号源必须
驱动的一个额外的“负荷”。
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探头对电路的负荷
典型无源探头具有强健的物理特点和电气特点，但在探测高速电路时有一
个严重的缺陷，即其到地的电容约为11 pf。 在50 MHz时，由于探头电容引起的负荷，标称值为10 MW的无源探头 (rated at DC)的阻抗下降到290欧姆。这会明显改变信号形状。 Xc= 1/(2fC) (10 pF = 159 W at 100 MHz)