我希望與您分享從我多年的出差經(jīng)歷中與 1000 多名示波器用戶的交流中所獲得的一點(diǎn)心得。如果您想要提升自己使用示波器技能，閱讀此文將會(huì)增進(jìn)您對(duì)示波器的了解，而不會(huì)像我訪問(wèn)的很多示波器用戶一樣對(duì)示波器知之甚少。我們不是要對(duì)他們進(jìn)行評(píng)判，他們當(dāng)時(shí)已經(jīng)根據(jù)自己的知識(shí)水平做到了最好，每個(gè)人都會(huì)犯錯(cuò)或可以做得更好——我也不例外。每當(dāng)我向這些用戶指出他們的錯(cuò)誤和解決辦法，他們的反應(yīng)通常都一樣——“天吶，太對(duì)了，”一幅恍然大悟的表情。

我所說(shuō)的這些用戶均犯了同一個(gè)錯(cuò)誤。為了完成測(cè)量任務(wù)，他們花費(fèi)了大量寶貴的時(shí)間和金錢選購(gòu)最好的示波器，再配備上高質(zhì)量的探頭。有時(shí)，他們使用的是示波器自帶的優(yōu)質(zhì)無(wú)源探頭，但有時(shí)，他們也會(huì)花大價(jià)錢購(gòu)置華而不實(shí)的有源探頭（明智之舉是升級(jí)到有源探頭，有關(guān)這個(gè)問(wèn)題的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn)另一篇已發(fā)布的博文）。接下來(lái)才是問(wèn)題的關(guān)鍵，他們將一大串附件晃晃悠悠地連接到探頭末端?；蛟S這看上去無(wú)關(guān)緊要，例如連接非常方便的長(zhǎng)接地線，或者是外觀非常實(shí)用的紅色長(zhǎng)輸入線――使探頭可以很容易地連接到抓取器，抓取器再夾在電路板上的部件上。但最后的結(jié)果都是相同的，屏幕上的信號(hào)“看起來(lái)很糟糕”或他們正在測(cè)試的設(shè)備開始表現(xiàn)異常。這時(shí)，他們常常會(huì)拽住我說(shuō)，“嘿，你們?cè)O(shè)計(jì)的這款探頭，現(xiàn)在不能正常工作了。”

最薄弱的環(huán)節(jié)

這些用戶遇到的情況正是我所說(shuō)的“最薄弱的環(huán)節(jié)”。典型的示波器測(cè)量有三個(gè)環(huán)節(jié)——示波器、探頭以及到被測(cè)件的物理連接。您可能花大錢購(gòu)買了最好的示波器和探頭，但是為了更容易地連接到被測(cè)件，您可能在探頭一端使用了極長(zhǎng)的引線，這樣測(cè)量系統(tǒng)的性能就會(huì)受到該引線性能的限制。連接附件是最薄弱的環(huán)節(jié)。它們將會(huì)限制測(cè)量帶寬，并會(huì)對(duì)被測(cè)件增加過(guò)大的負(fù)載效應(yīng)。

我們可以把這些過(guò)長(zhǎng)的連接附件當(dāng)成是與探頭串聯(lián)的電感器。由于電感器的阻抗增加與頻率成正比，如果它們連接到探頭的信號(hào)引腳，它們就會(huì)限制通過(guò)探頭的信號(hào)的帶寬。此外，由于長(zhǎng)連接附件與探頭輸入之間存在阻抗失配，沿連接線前進(jìn)的信號(hào)將會(huì)形成反射，并顯示在示波器上。如果那個(gè)特別長(zhǎng)的接地引線連接至探頭，也會(huì)出現(xiàn)類似結(jié)果。受流經(jīng)電纜屏蔽層的接地回路電流的影響，長(zhǎng)接地會(huì)生成更高阻抗的路徑。這也會(huì)限制探頭的帶寬。此外，因長(zhǎng)接地引線的感應(yīng)而產(chǎn)生的阻抗可能也會(huì)在目標(biāo)接地與探針接地點(diǎn)之間形成電勢(shì)差，從而造成測(cè)量誤差和較差的共模抑制。如果這還不算糟糕，那么這些特別長(zhǎng)的連接附件還可能起到天線的作用，從周圍環(huán)境中接收噪聲，并將噪聲耦合到您的測(cè)量中。最后就是負(fù)載。這些與電路接觸的長(zhǎng)引線現(xiàn)在已成為您電路的一部分，它們的寄生電容和電感會(huì)改變電路的特性。我們將此稱為探頭負(fù)載。

越短越好

在這點(diǎn)上，我也常常聽到這樣的問(wèn)題“如果那些連接附件‘有害無(wú)益’，您為何還要在探頭上配備呢？”我們配備這些附件是為了提供方便。我們用它們來(lái)進(jìn)行定性測(cè)量，例如“這就是時(shí)鐘切換嗎？”，那就是“總線上的數(shù)據(jù)嗎”，“是否在 5V 以上”。它們可以非常方便地環(huán)繞在電路周圍，快速檢查功能。如果您想進(jìn)行定量測(cè)量，例如測(cè)量上升時(shí)間、過(guò)沖、噪聲電平等，我們建議您拆除這些方便的附件，盡量使用最短連接。也就是穿孔線，越短越好。

請(qǐng)看下面的示例。我拿出自己精選的 2 GHz 有源探頭，并采用三種不同的測(cè)量配置：使用長(zhǎng)線連接到抓取器、僅用長(zhǎng)線、使用短輸入引腳和接地連接。注意，隨著探頭前端附件長(zhǎng)度的縮短，帶寬逐漸增加。順便說(shuō)一句，為了讓您更容易進(jìn)行測(cè)量，我們?cè)诋a(chǎn)品手冊(cè)中公布了這些帶寬限制。

注意，隨著附件連接長(zhǎng)度的縮短，探頭負(fù)載（探頭的實(shí)際存在會(huì)改變電路的功能方式）將會(huì)如何降低。在本例中，原始電路會(huì)產(chǎn)生上升時(shí)間為 1.1 ns 的上升沿（綠色跡線）。使用長(zhǎng)線和抓取器將探頭連接至電路會(huì)增加電路負(fù)載，上升時(shí)間變?yōu)?1.7 ns。當(dāng)我移除抓取器，僅用長(zhǎng)線進(jìn)行連接時(shí)，上升時(shí)間開始好轉(zhuǎn)，變?yōu)?1.5 ns，不過(guò)您仍能看到連接附件對(duì)電路的影響。最后，我移除所有長(zhǎng)線，直接在探頭上使用最短連接，電路的上升時(shí)間恢復(fù)至 1.1 ns。

希望本文會(huì)對(duì)您有所幫助

如果以前您一直在錯(cuò)誤地使用長(zhǎng)連接附件進(jìn)行重要測(cè)量，不要感到沮喪。您在一個(gè)好公司，很多示波器用戶都犯過(guò)這樣的錯(cuò)誤，說(shuō)實(shí)話，我也犯過(guò)。只要記住，使用這些長(zhǎng)的、方便的連接附件進(jìn)行快速查看沒(méi)問(wèn)題；但如果信號(hào)表現(xiàn)異常，您得到的結(jié)果不符合預(yù)期，那么最好拆掉它們，盡量換用最短的連接。越短越好。

圖中文字中英對(duì)照

Beware of Weakest Link

Connection Bandwidth

Scope Bandwidth

Probe Bandwidth

Connection Bandwidth

Best: 2GHz

Better: 1GHz

Good: 500MHz

Shortest

Shorter

Short

Example: N2796A 2 GHz Active Probe. Accessory Data in Users Guide.

Connection Loading

Best: 1.1ns

Good: 1.1ns

Better: 1.5ns

Original Signal 1.1ns

謹(jǐn)防最薄弱環(huán)節(jié)

連接帶寬

示波器帶寬

探頭帶寬

連接帶寬

最佳：2GHz：

較好：1GHz

好：500MHz

最短

較短

短

實(shí)例：N2796A 2 GHz 有源探頭。附件數(shù)據(jù)參見(jiàn)用戶指南

連接負(fù)載

最佳：1.1ns

好：1.1ns

較好：1.5ns

原始信號(hào)：1.1ns