探头的作用和选择设置
eeskill 2022-01-17

探头的作用至关重要,为实现测量的最优结果,必须进行折衷,特别是在进行高精度测量时。有时示波器标配的无源探头并不是实现最佳精度的解决方案。

1、选择适当衰减比的探头。最大限度地降低衰减,使信噪比达到最优。在精确测量中,非常重要的一点是使信号幅度达到最大,同时使外部噪声达到最小。探头选择是关键的第一步。

电压探头与示波器的输入阻抗构成电压分路器(如1X、10X、100X),会衰减输入信号。1X探头不会降低或衰减信号,10X探头则会把输入信号降低到原始信号幅度的1/10。示波器通过放大信号来补偿这种衰减,遗憾的是,示波器也会放大探头引入的任何噪声。从信噪比角度来看,最优探头应该没有衰减或衰减很低的。

TPP0502高阻抗无源探头提供了500 MHz带宽,但只有2倍衰减。

2、使用短地线。最大限度地降低噪声耦合。所有电压测量都是相对于参考源进行的,这个参考源通常是“接地”。准确的测量,特别是低压测量,尤其依赖到参考电压的低阻抗路径。为使信号失真和引入噪声达到最小,使用的接地线应尽量短。

尽管标准无源探头上的长地线会方便连接信号,但地线电感会与输入电容谐振,在快速边沿上导致振铃。由探头尖端和地线构成的大环路面积会把噪声磁耦合到信号中。此外,地线的感性电抗与开关器件等噪声源接近,会把噪声耦合到信号中。最好的解决方案是最大限度地缩短地线长度,并尽可能接近信号端,把它连接到参考点上(如果条件允许建议使用接地弹簧)。

3、使用探头的硬件滤波。当选择某些有源探头时可以选择性使用内置探头滤波器降低噪声。许多有源差分电压探头或电流探头标配带宽滤波功能。有时为灵活起见,探头机身内置的带宽滤波功能提供了多种带宽设置。

在某些情况下,在选择其中一个带宽滤波器时,探头会与示波器通信,另外还会在示波器前端打开硬件滤波功能。这进一步降低了系统噪声,有助于提高系统的信噪比。滤掉不想要的噪声可以查看进一步细节,获得更高的测量分辨率。

左侧AC+DC信号。右侧去掉了DC分量,

成比例缩放AC分量,以改善分辨率。

4、使用探头的DC偏置来测试小的AC信号。在涉及大电压时,人身安全及设备可靠性至关重要,以便检验最大电压完全落在测试系统的“绝对”或“非破坏”最大输入指标内。此外,为准确测量,非常重要的一点是信号要保持在标称工作范围内(如有源探头的线性范围或动态范围内)

如果说接近低电平的小信号测量极具挑战性,那么测量位于大DC电压信号上的低压AC信号的难度则要大得多。在电源上进行纹波测量是这种应用的常见实例。进行DC 偏置可能会涉及探头设置以及示波器前端设置。在DC 偏置上测量低电压信号最简单的技术是使用参考地电平的探头采集整个信号,然后测量AC分量 (图10左图)。DC偏置技术不允许AC、信号测量全面利用测量系统的动态范围,信噪比会很差。 

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