探測技術對高品質的示波器測量來說，是非常重要的 —— 而探頭通常是示波器測量鏈中的第一環。如果探頭的性能不足，就會在示波器上看到失真訊號或誤導訊號，為測試應用選擇恰當的探頭是執行可靠測量的第一步。

如何使用探頭，也會影響執行精確測量的能力，影響獲得有用的測量結果。下面PRBTEK幫助工程師為自己的應用選擇適當探頭，提高示波器探測能力，并避免最常見的探測陷阱。

一、選擇被動或主動探頭

對于低于600MHz的中低頻測量來說，被動高阻抗探頭是很好的選擇。這些探頭堅固耐用且價格經濟，具有大于300V的寬動態范圍和高輸入阻抗，因此可與示波器的輸入阻抗相匹配。不過，和低阻抗被動探頭或主動探頭相比，被動探頭具有更高的電容負載，而且頻寬較低。總之，對于絕大多數類比或數位電路的通用除錯和故障診斷來說，高阻抗被動探頭都是一個極好的選擇。

在寬頻范圍上(大于600MHz)需要執行精確測量的高頻應用來說，最好選用主動探頭。主動探頭比被動探頭價格較高，并且其輸入電壓有限，但是它們的電容負載顯著降低，因而能更精確地觀察快速訊號。

二、使用雙探頭檢查探頭負載

探測電路之前，先將一個探針連接到電路上的一點，然后再將第二個探頭連接到同一點。在理想狀況下，會看到訊號無任何變化。如果訊號產生變化，這個變化是由探頭負載引起的。

在理想狀況下，示波器采用無擾線(具有無限的輸入電阻、零電容和零電感)連接到待測電路，它能對待測訊號執行精確復制。但在現實世界中，探頭是測量的一部分，它會向電路載入負載。

如欲檢查探頭的負載效應，首先要將探頭連接到待測電路或一個已知的步進訊號，另一端連接到示波器的輸入端。在示波器顯示幕上觀察此軌跡，然后保存，再在顯示幕上調用以使跡線保留在顯示幕上執行比較。之后可將相同類型的另一個探頭連接到同一探測點，觀察在使用兩個探頭執行探測時原始跡線有何變化。為了更隹執行探測，可能需要對探測執行調整，或者使用較低負載的探頭。

三、使用前的探頭補償

大多數探頭在設計時，都和特定示波器型號的輸入相匹配。不過，各個示波器之間也是略有差別，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也有差別。所以在將探頭連接到示波器的輸入端之前，一定要確保首先檢查探頭補償，因為此探頭先前可能已經過調整，以便和不同的輸入相匹配。

為了解決這個問題，大多數被動探頭都采用內建補償RC分壓器網路。探頭補償是調整RC分壓器的過程，以使探頭維持在額定頻寬上的衰減率。

如果示波器能夠自動補償探頭性能，使用該功能將會非常有用。否則，可使用手動補償來調整探頭的可變電容。大多數示波器在前置面板上都可提供方波叁考訊號以對探頭提供補償。

四、低電流測量秘訣

隨著當前電池供電設備和積體電路變得越來越注重環保和高效能，工程師迫切需要高靈敏度的低電平電流測量能力，以確保電流消耗處于可接受的范圍之內。需要精確測量功耗的主要應用，是無線行動設備和消費類電子產品等使用電池供電的應用。

為了盡量延長電池的使用時間，工程師需要最大限度降低產品在整個使用壽命中的功耗。功率定義為P=V×I。降低設備功耗的主要方法是在電源電壓固定不變的情況下，減少設備的平均電流消耗。

測量由電池供電的行動設備的電流消耗，最主要的挑戰是電流訊號的動態范圍非常寬。行動設備通常需要在活動狀態，與閑置或待機電流模式之間來回切換。可是，這種方法并不適合測量從不到1毫安培快速變到幾安培的小電流， 因為鉗形電流探頭的動態范圍和靈敏度都非常有限，僅有幾毫安培。而且，為獲得更精確的測量，工程師必須不定期地對探頭執行消磁處理，以消除探頭核心的殘馀磁性，并補償鉗形電流探頭的直流偏置。

五、使用差動探頭執行安全浮動點測量

示波器使用者經常需要執行浮動點測量。在這種測量中，任何測量點都不能潛在接地。在執行標準示波器測量時，探頭連接到訊號點，探針接地引線連接到電路接地，此時，示波器實際測量的是測試點和接地之間的訊號差。

大多數示波器都將其訊號接地終端(或BNC介面的外殼)連接至防護接地系統。此舉可使示波器上的所有訊號均有一個共同的連接點。基本上，所有示波器測量都是相對于「接地」來說的。

本質上，將接地連接器連接到任何一個浮動點都可使探測點接地，這常常造成尖峰或電路故障。那么應如何應對這種浮動點測量問題呢，目前執行浮動點測量有一個很流行，但卻不太可取的解決方案，那就是AB技術，它使用兩個單端探頭和示波器的運算函數來執行浮動點測量。

六、共模抑制可能會影響測量品質

探測時最易產生誤解的問題之一，是共模抑制可能會影響測量品質。無論是單端探頭還是差動探頭，將兩個探針均連接到待測物的接地，然后觀察螢幕上是否有任何訊號顯示都是值得的。

如有訊號顯示，該訊號顯示的就是由于缺少共模抑制而引起的訊號受影響程度。測量由源頭而非訊號造成的共模雜訊電流，可從待測物的接地流經探頭接地，直至探頭電纜遮罩。共模噪音源可能在待測物內部，也可能在其外部，例如電源線雜訊、EMI或ESD電流。單端探頭的長接地引線可能會使該問題變得非常明顯。單端探頭常常會遭到缺少共模抑制的影響。差動主動探頭則可提供更高的共模抑制比，通常可高達80dB(10000:1)。

七、檢查探頭耦合

在將探頭連接至訊號時，用手抓住探頭電纜并繞圈移動。如果螢幕上的波形發生嚴重改變，那就說明能量就已耦合到探頭遮罩，產生了這個改變。透過使用探頭電纜上的磁芯來降低電纜遮罩的共模雜訊電流，可能有助于提高探測精準度。探頭電纜上的磁芯會生成一系列的阻抗與導體中的電阻并聯。增加探頭電纜的磁芯對訊號幾乎沒什么影響，因為訊號通過中心導體的核心并沿著遮罩的核心返回，致使沒有凈訊號電流經過核心。

因此，電纜磁芯的位置非常重要。為方便起見，可嘗試著將磁芯安裝在示波器一端。這將使探頭變得更輕、更易於操作。不過，在將磁芯安裝到電纜的探頭介面端時，磁芯的有效性將會大大降低。減少單端探頭接地引線的長度將會有 一定的幫助作用，轉而采用差動探頭是最有效的措施。很多用戶都不能理解探頭電纜環境的改變會造成測量結果的改變，尤其是在執行高頻測量時，它會造成測量可重復性和測量品質的下降。

八、阻尼諧振

探頭性能受到探頭連接的高度影響。由于設計中訊號速度的提升，因此在連接示波器探頭時可能會發現更多過沖、振蕩和其他擾動。探頭會在與元件的連接位置形成一個諧振電路。如果諧振位于示波器探頭頻寬內，確定測量擾動源于電路或是探頭將變得十分困難。

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審核編輯：湯梓紅