10x无源探头正确使用方法介绍

10x无源探头是我们最常使用的探头，几乎每个示波器都标配这种探头，但是即使这样，我们对它的认识上还是存在很多误区，并且错误的使用，导致测试结果的不准确，本文将介绍如何避免常见错误，并最大程度地利用好无源探头。10x无源探头的最佳用法使用10x无源探头时，有五个重要的最佳测量准则要遵守，以获得10x探头的最佳性能并避免常见的错误：

1、使用示波器前面板上的校准参考信号来补偿探头。

2、始终尝试使用可最大程度地减小环路电感的前端，较小的弹簧接地线或使用同轴连接DUT，将减少振铃失真，并将探测带宽扩展到最高频率。

3、始终尝试使用同轴与DUT连接，以减少从本地环境拾取射频干扰（RF）

4、探测低阻抗源时，考虑增加一个200Ω的串联电阻，以消除来自前端回路电感和10x探头输入电容的振铃。

5、切记10x探头的输入阻抗为9.5pF电容；不是10MΩ。调整探头补偿使用10x探头时，第一步也是最重要的一步是调整其补偿，即使对于20 MHz带宽或上升时间长达50 ns的信号，补偿对于使探头的信号失真最小化也很重要。要检查探头补偿，将探头连接到示波器前面板上的Cal参考信号，图1显示了HDO4096示波器前面板的连接图。

图1显示的是Cal参考端子的特写在Cal端子处是一个1Vpk-pk，1kHz方波，其固有上升时间约为3 ns，源阻抗为800欧姆，高阻抗是一项安全特征，可防止探头的接地夹意外连接至Cal信号输出引脚，在这种情况下，电流被限制在1 mA左右，不会对探头、示波器或操作人员造成危险。

图2用电缆插头端的螺钉对10倍无源探头进行补偿每个示波器都可以将此上升时间短的1 kHz信号作为参考信号来调整10x探头的补偿，示波器探头补偿可以通过探头末端的小定位螺钉进行调节。正确调整补偿后，测得的方波将看起来像平坦的方波，但是，当探头补偿不足或补偿过度时，平坦边缘会变形（图3）。

图3.从上到下显示的是相同的10x探头在不同的补偿设置下测得的Cal信号：过补偿，正确补偿，欠补偿考虑到可以在此1kHz方波中看到补偿的影响，可以证明，即使对于低速信号，补偿也很重要，在使用任何10x无源探头之前，请务必使用方波Cal信号检查其补偿，如果方波不是如图2中所示那样平坦，则调整补偿螺丝直到其变平。探头前端环路电感的重要性10x无源探头性能的主要障碍是前端电感，仅当在探头前端使用同轴连接时，才能实现最高带宽测量，每当信号和返回路径分开以与DUT接触时，就会出现两个问题：

1、它会在探头前端引入电感不连续，这会引起振铃;

2、探头前端的作用就像天线，会吸收周围的射频噪声。直径为1英寸圆环的电感约为85 nH，根据前端和其接地回路带所形成的环路的大小，前端的环路电感可能高达200 nH，较高的前端环路电感的结果是减小了10x探头的带宽，并在传递函数中引入了LC谐振峰。谐振峰的高度将取决于DUT的源阻抗，源阻抗越低，Q越高，传递函数中的峰值越高。图4显示了前端具有200nH环路电感和源阻抗为50Ω的传递函数，其中还包括具有较大的前端环路电感时50Ω信号源快速边沿的测量响应。

 

 

图4：探头尖端的环路电感为200nH，源电阻为50Ω的探头显示出失真的传递函数但是，当减小DUT的源阻抗时，由前端电感和10x探头的9.5 pF输入电容组成的LC电路的Q会增加，这会增加传递函数的峰值，并导致较高的振铃（图5）。在此示例中，具有非常低的输出阻抗的5V电源轨被关闭和打开，瞬态响应显示在大约80MHz处有很多振铃，这非常接近于根据200-nH的前端环路电感和9.5pF的探头输入电容计算出的传递函数峰值：约100 MHz。

 

 

图5：测试低源阻抗的DUT时，前端回路电感和10x探头的输入电容的Q会导致传递函数出现一个大的峰值，这在时域表现为在峰值频率处出现振铃最小化前端回路电感始终很重要，但是，如果引线分散开以接触DUT焊盘，则总会有一些前端环路电感，当源阻抗低时，Q可能会很高，可能会产生人为的振铃。解决此问题的另一种方法是在探头前端增加一个串联阻尼电阻。我们将在接下来的文章中继续介绍增加阻尼电阻的影响和最小化环路电感的方法。

编辑：黄飞