如何判断高带宽测量探头的质量？

随着当今计算机和通信在速度上的高速发展,测试测量对探头的要求也越来越高,探头对信号再现的精确性、抗干扰能力以及与各种附件如接地线和插头适配器的协同性等问题日益受到人们的重视。本文提供一种验证各种探头配置性能的简单方法,提高工程技术人员对使用高带宽探头进行测量的信心。

示波器探头有两个重要的性能问题需要考虑,即探头对被测信号的影响和干扰有多大,以及探头能多好地反映实际信号。为了得到最佳性能,通常需要保持尽可能短的探头连接,但有时做不到这一点,因此需要了解各种探头及其附件配置的性能,懂得各项指标间的均衡。

想了解探头如何干扰被检测的信号,需要测量探头输入阻抗的影响；而想了解探头能多好地反映出被测真实信号,则需要测量探头的响应或V_OUT?MV_IN。

图1表示进行这两种测量的测试装置,既可使用三端口网络分析仪在频域进行测量,也可使用高速阶跃脉冲源和双通道示波器在时域进行这些测量。无论使用哪种仪器,都是由信号源通过50Ω传输线驱动网络分析仪或示波器的一个输入,探头输出V_OUT接到第二个输入,探头输入接到一个50Ω直通夹具,然后采用某种探头附件测量V_IN,它即代表了探头输入。使用带探头的示波器可以进行定性分析,但要精确评估探头性能,还应使用高带宽取样示波器。

把探头接至50Ω直通夹具,通过观察探头上的V_IN如何变化,能够确定探头输入阻抗对信号的影响。对于这项测量,可能更感兴趣的是时域影响。

图2a表示较差的探头输入阻抗对1.2GHz时钟信号的影响。V_SRC是没有通过探头的信号,V_IN是使用探头连接的信号,显然此时探头对信号有严重的干扰,这样的探头配置可认为是不能接受的。作为比较,图2b显示了用较好的探头进行同样测量的结果,此时探头对信号的干扰要小得多,因而能适应测量的需求。

可以通过计算V_OUT与V_IN之比评估探头响应,为精确表示输入信号,在规定带宽内探头应有平坦的响应,这时测量应使用频域方法。

图3a显示了较差的探头响应,在观察具有快跳变沿的信号时,1.8GHz处的+3dB峰值将导致相当大的过冲和振铃。有的厂家通过专门设计使探头频响具有尖峰响应,以补偿探头输入阻抗造成的信号损耗,这种做法有可能使你误认为信号看来不错,但实际上探头已大大衰减了被测信号,从而掩盖了探头尖峰响应造成的误差。作为比较,图3b显示了较好探头的响应,到2GHz时探头响应一直是平坦的,然后在预期的3.5GHz带宽点产生-3dB衰减。

本文总结

为了用示波器精确测量高带宽信号,所使用的探头一定不能对被测信号有明显的影响和干扰,严重的干扰可能会导致原本正常的电路工作不正常,或使原本质量不错的信号在示波器上看来很差。探头必须不仅要能精确复现被测信号,同时还要把对被测信号的影响降到最低。用本文提供的测量装置可精确评估探头配置,从而使你更有信心地进行高带宽信号测量。

作者:Johnnie Hancock

全球市场经理

安捷伦科技公司

Email: johnnie_hancock@