前言

10x無源探頭是我們最常使用的探頭，幾乎每個示波器都標配這種探頭，但是即使這樣，我們對它的認識上還是存在很多誤區，并且錯誤的使用，導致測試結果的不準確，本文將介紹如何避免常見錯誤，并最大程度地利用好無源探頭。

10x無源探頭的最佳用法

使用10x無源探頭時，有五個重要的最佳測量準則要遵守，以獲得10x探頭的最佳性能并避免常見的錯誤：1. 使用示波器前面板上的校準參考信號來補償探頭。2. 始終嘗試使用可最大程度地減小環路電感的前端，較小的彈簧接地線或使用同軸連接DUT，將減少振鈴失真，并將探測帶寬擴展到最高頻率。3. 始終嘗試使用同軸與DUT連接，以減少從本地環境拾取射頻干擾(RF)4. 探測低阻抗源時，考慮增加一個200Ω的串聯電阻，以消除來自前端回路電感和10x探頭輸入電容的振鈴。5. 切記10x探頭的輸入阻抗為9.5pF電容;不是10MΩ。

調整探頭補償

使用10x探頭時，第一步也是最重要的一步是調整其補償，即使對于20 MHz帶寬或上升時間長達50 ns的信號，補償對于使探頭的信號失真最小化也很重要。要檢查探頭補償，將探頭連接到示波器前面板上的Cal參考信號，圖1顯示了HDO4096示波器前面板的連接圖。

圖1 顯示的是Cal參考端子的特寫

在Cal端子處是一個1Vpk-pk，1kHz方波，其固有上升時間約為3 ns，源阻抗為800歐姆，高阻抗是一項安全特征，可防止探頭的接地夾意外連接至Cal信號輸出引腳，在這種情況下，電流被限制在1 mA左右，不會對探頭、示波器或操作人員造成危險。

圖2 用電纜插頭端的螺釘對10倍無源探頭進行補償

每個示波器都可以將此上升時間短的1 kHz信號作為參考信號來調整10x探頭的補償，示波器探頭補償可以通過探頭末端的小定位螺釘進行調節。正確調整補償后，測得的方波將看起來像平坦的方波，但是，當探頭補償不足或補償過度時，平坦邊緣會變形(圖3)。

圖3. 從上到下顯示的是相同的10x探頭在不同的補償設置下測得的Cal信號：過補償，正確補償，欠補償

考慮到可以在此1kHz方波中看到補償的影響，可以證明，即使對于低速信號，補償也很重要，在使用任何10x無源探頭之前，請務必使用方波Cal信號檢查其補償，如果方波不是如圖2中所示那樣平坦，則調整補償螺絲直到其變平。

探頭前端環路電感的重要性

10x無源探頭性能的主要障礙是前端電感，僅當在探頭前端使用同軸連接時，才能實現最高帶寬測量，每當信號和返回路徑分開以與DUT接觸時，就會出現兩個問題：

1. 它會在探頭前端引入電感不連續，這會引起振鈴，并且，

2. 探頭前端的作用就像天線，會吸收周圍的射頻噪聲。

直徑為1英寸圓環的電感約為85 nH，根據前端和其接地回路帶所形成的環路的大小，前端的環路電感可能高達200 nH，較高的前端環路電感的結果是減小了10x探頭的帶寬，并在傳遞函數中引入了LC諧振峰。諧振峰的高度將取決于DUT的源阻抗，源阻抗越低，Q越高，傳遞函數中的峰值越高。圖4顯示了前端具有200nH環路電感和源阻抗為50Ω的傳遞函數，其中還包括具有較大的前端環路電感時50Ω信號源快速邊沿的測量響應。

圖4：探頭尖端的環路電感為200nH，源電阻為50Ω的探頭顯示出失真的傳遞函數

但是，當減小DUT的源阻抗時，由前端電感和10x探頭的9.5 pF輸入電容組成的LC電路的Q會增加，這會增加傳遞函數的峰值，并導致較高的振鈴(圖5)。在此示例中，具有非常低的輸出阻抗的5V電源軌被關閉和打開，瞬態響應顯示在大約80MHz處有很多振鈴，這非常接近于根據200-nH的前端環路電感和9.5pF的探頭輸入電容計算出的傳遞函數峰值：約100 MHz。

圖5：測試低源阻抗的DUT時，前端回路電感和10x探頭的輸入電容的Q會導致傳遞函數出現一個大的峰值，這在時域表現為在峰值頻率處出現振鈴

最小化前端回路電感始終很重要，但是，如果引線分散開以接觸DUT焊盤，則總會有一些前端環路電感，當源阻抗低時，Q可能會很高，可能會產生人為的振鈴。解決此問題的另一種方法是在探頭前端增加一個串聯阻尼電阻。

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審核編輯：湯梓紅