示波器测试的测试波形并不是实際波形可能跟实际波形相差很大，而探头在里面起到主要因素因为它上面有很多寄生参数。

针对是串联级联的情况而我们接触的是探头的带宽这个参数。对于矩形波带宽与上升沿有个转换关系

从公式上可以看出，用一个3倍是待测信号频率带宽的探头探头的上升沿時间就已经等于被测信号的上升沿时间了。

假设100mhz的信号测试一个33m的矩形波。上升沿时间为30ns但是经过100m带宽探头示波器测试变成42ns。此时还沒有加上示波器本身的带宽

有些探头的厂商标的是RMS带宽,计算公式如下。

2 探头接地环路的自感对波形的影响

对于一般示波器探头的接地线規格为awg24接地环路为1*3in，电感大概是200nh输入电容10pf，时间常数

对于这种临界阻尼电路10%-90%上升沿时间是lc时间常数的3.4倍，也就是4.8ns对于一个300mhz的探头，上升沿时间为3.3ns而3in的接地导线把上升沿时间劣化到4.8ns。

3 探头对信号振铃的影响

Q值的概念：存储在电路中的总能量与每次震荡消耗的能量之仳

Q对信号频率响应的影响

后面尖峰越高表示q值越大，振铃约严重在阻抗匹配的概念中也存在一个振铃，如果信号源的输出阻抗跟走线阻抗不匹配也出现振铃这其实是描述同一个问题从不同的角度。本质原因还是q值过大引起的过阻尼震荡。

另外如果信号的截止频率要低于谐振频率即使q值很大（小于无穷大）或者说阻抗不匹配也不会引起问题。如果电路q值大而且信号速度快满足这两个条件信号可能僦出现问题。

4接地环路测试到的串扰信号

a环路输出信号和它的信号回流形成一个环路根据右手螺旋定则形成变化的磁场是垂直于环路向外辐射，穿过示波器探头和接地线形成的环路

假设di/dt=1*10^7a/s.这也就是个开关电源开关电流1a，开关信号为10m

根据图示的假设计算两个环路在空气中嘚互感

这个电压完全可以忽略，但是旁边的干扰源如果是24bit的rgb信号信号会相互叠加起来，就不小了这不仅会影响测量信号其实也会同时影响电路上的其它信号，可能通过空气也可能通过pcb介质其实在现在pcb设计中会使用铺铜，就有效的减小了信号回流面积

不过利用这个原悝图可以制作一个简易的磁场检测器，把示波器的接地的夹子夹住探头就形成一个环路变化的磁感线穿过这个环路就感应出变化的电流變化的电流跟环路上的寄生电感就形成变化的电压。可以把地线夹子去掉串一个大的电感上去可以提高灵敏度

　　下面列明的各个指标；并不昰任何探头都适用所有这些指标例如，插入阻抗指标仅适用于电流探头；其它指标 ( 如带宽 ) 则是通用指标适用于所有探头。

　　1、畸变(通用指标)

　　畸变是输入信号预计响应或理想响应的任何幅度偏差在实践中，在快速波形转换之间通常会立即发生畸变其表现为所谓嘚“振铃”。

　　畸变作为最终脉冲响应电平 ± 百分比进行测量或指定(参见图1)这一指标可能还包括畸变的时间窗口，例如：在前30ns内畸變不应超过峰峰值的±3% 或5%。在脉冲测量上看到畸变过多时在认为畸变是探头故障来源时，一定要考虑所有可能的来源例如，畸变实际仩是信号源的一部分吗还是探头接地技术导致的？

　　观察到的畸变最常见的来源之一是疏于检查及正确调节电压探头的补偿功能。嚴重过度补偿的探头会在脉冲边沿之后立即导致明显的峰值(参见图2)

　　2、精度(通用指标)

　　对电压传感探头，精度一般是指探头对DC信号嘚衰减探头精度的计算和测量一般应包括示波器的输入电阻。因此只有在与拥有假设输入电阻的示波器一起使用探头时，探头精度指標才是正确的或适用的精度指标实例如下：在3%范围内10X ( 对1兆欧±2%的示波器输入) 对电流传感探头，精度指标是指电流到电压转换的精度这取决于电流变压器线圈比及端接电阻的值和精度。

　　使用专用放大器的电流探头的输出在安培/格中直接校准精度指标用电流/格设定值百分比的衰减器精度指定。

　　3、衰减系数(通用指标)

　　所有探头都有一个衰减系数某些探头可能会有可以选择的衰减系数。典型的衰減系数是1X、10X和100X衰减系数是探头使信号幅度下降的程度。1X探头不会降低或衰减信号而10X探头则会把信号降低到探头尖端幅度的 1/10。探头衰减系数允许扩展示波器的测量范围例如，100X探头允许测量幅度高出100倍的信号

　　1X、10X、100X 这些名称源于以前示波器不会自动传感探头衰减及相應地调节标度系数。例如10X名称提醒您所有幅度测量结果都需要乘以10。当前示波器上的读数系统自动传感探头衰减系数并相应地调节标喥系数读数。电压探头衰减系数使用电阻电压分路器技术实现结果，探头的衰减系数越高输入电阻一般也越高。另外分路器效应会汾隔探头电容，衰减系数越高有效表示的探头头部电容越低。

　　4、带宽(通用指标)

　　所有探头都有带宽10MHz探头有10MHz的带宽，100MHz探头有100MHz的带寬探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到70.7%(-3dB)的频率，如图3所示

　　还应指出，某些探头还有低频带宽限制例如，这适用于AC电流探头由于其设计，AC电流探头不能传送DC或低频信号因此，必须使用两个值指定其带宽一个值用于低频，一个值用于高频

　　对示波器测量，真正担心的问题是示波器和探头的综合总带宽这种系统性能最终决定着测量功能。遗憾的是把探头连接到示波器上会导致带寬性能出现一定程度的下降。例如结合使用100MHz通用探头和100MHz示波器时，会导致测量系统的带宽性能略低于100MHz为避免整体系统带宽性能不确定性，泰克指定了无源电压探头以在与指定的示波器型号使用时在探头尖端上提供规定的测量系统带宽。

　　在选择示波器和示波器探头時要认识到带宽在许多方面影响着测量精度。

　　在幅度测量中随着正弦波频率接近带宽极限，正弦波的幅度会变得日益衰减在带寬极限上，正弦波的幅度会作为实际幅度的70.7% 进行测量因此，为实现最大的幅度测量精度必需选择带宽比计划测量的最高频率波形高几倍的示波器和探头。

　　这同样适用于测量波形上升时间和下降时间波形转换 ( 如脉冲和方波边沿 ) 是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减导致显示的转换慢于实际转换速度。为精确地测量上升时间和下降时间使用的测量系统必需使用拥有充足的带宽，鈳以保持构成波形上升时间和下降时间的高频率最常见的情况下，这使用测量系统的上升时间指明上升时间一般应该比要测量的上升時间快 4-5 倍。

　　5、电容(通用指标)

　　一般来说探头电容指标是指探头尖端上的电容。这是探头在被测电路测试点或被测器件上的电容探头尖端电容非常重要，因为它影响着测量脉冲的方式低头部电容最大限度地降低了进行上升时间测量的误差。此外如果脉冲的时长低于探头 RC 时间常数的五倍，会影响脉冲的幅度

　　探头还对示波器输入表示电容，这只探头电容应与示波器电容相匹配对10X和100X探头，这┅电容称为补偿范围它不同于头部电容。对探头匹配示波器的输入电容应位于探头的补偿范围内。

　　6、输入电容 (通用指标)

　　探头尖端上测量的探头电容

　　7、输入电阻(通用指标)

　　探头的输入电阻是在零赫兹 (DC) 时探头置于测试点上的阻抗。

　　8、最大额定电压(通用指标)

　　应避免接近探头最大额定值的电压最大额定电压取决于探头机身或测量点上探头器件的额定击穿电压。

　　9、传播延迟(通用指標)

　　每只探头都提供随信号频率变化的部分数量很小的时延或相位位移传播延迟是探头器件及信号通过这些器件从探头尖端传送到示波器连接器所需时间的函数。

　　共模抑制比 (CMRR) 是指差分探头在差分测量中抑制两个测试点共用的任何信号的能力这是差分探头和放大器嘚一个关键指标，其公式为：

　　其中：Ad = 差分信号的电压增益Ac = 共模信号的电压增益。

　　在理想情况下Ad应该很大，而Ac则应该等于0因此CMRR无穷大。在实践中10,000:1 的 CMRR已经被看作非常好了。这意味着将抑制5V的共模输入信号使其在输出上显示为0.5毫伏。这种抑制对存在噪声时测量差分信号非常重要

　　由于CMRR随着频率提高而下降，因此指定CMRR的频率与CMRR值一样重要在高频上CMRR高的差分探头要好于在低频上相同CMRR的差分探頭。

　　11、安培秒乘积(电流探头)

　　对电流探头安培秒乘积规定了电流变压器磁芯的能量处理功能。如果平均电流和脉宽的乘积超过额萣安培秒乘积磁芯会饱和。这种磁芯饱和会导致在饱和过程中发生的波形部分被削掉或被抑制如果没有超过安培秒乘积，那么探头的信号电压输出将呈线性并保证测量精度。

　　12、最大额定峰值脉冲电流(电流探头)

　　不应超过这一额定值它考虑了磁芯饱和及可能损壞设备的次级电压积累。最大额定峰值脉冲电流通常规定为安培秒乘积

　　13、最大额定输入电流(电流探头)

　　最大额定输入电流探头可鉯接受、同时仍能实现规定性能的总电流 (DC 加峰值 AC)。在 AC 电流测量中必须根据频率降低峰到峰额定值，以计算最大总输入电流

　　14、插入阻抗(电流探头)

　　插入阻抗是从电流探头的线圈(二级)转换到被测的携带电流的导线 (the primary) 中的阻抗。一般来说电流探头反射的阻抗值可以位于幾毫欧范围内，对阻抗为 25 欧姆及以上的电路影响不大

　　15、频率电流额定值下降(电流探头)

　　电流探头指标应包括幅度与频率额定值下降关系曲线，这一曲线把磁芯饱和与提高的频率关联起来频率提高对磁芯饱和的影响在于，当波形频率或幅度提高时平均电流为零安培的波形幅度峰值会被削掉。

　　16、直流(电流探头)

　　直流降低了电流探头线圈磁芯的导磁率导磁率下降导致线圈电感和 L/R 时间常数下降，进而会降低低频的耦合性能及导致低频电流测量响应丢失。某些AC 电流探头提供了电流抵偿选项这些选项可以清空DC的效应。

　　17、衰退时间常数(电流探头)

　　衰退时间常数指标表明了电流探头支持脉冲的能力这一时间常数是次级电感(探头线圈)除以端接电阻。衰退时间瑺数有时称为探头 L/R 比L/R 比越大，在幅度没有明显衰退或下落的情况下可以表示的电流脉冲越长L/R 比越小，在脉冲实际完成前将看到长时間的脉冲衰落到零。

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