示波器探头对被测试电路的影响

    示波器探头的使用往往会改变被测电路的工作状态。的确，我们都磁到过这样的情形：当用探头测试电路时，电路工作正常，而一旦将探头移开，电路的功能就会紊乱。这是一种常见的现象，也正是我们要讨论的由示波器探头引起的电路负载效应问题。

    当探头使电路的负载过重时，预期波形会如何变化呢？电路特性的变化主要由以下三个因素决定：

    被测数字信号的转换频率
被测电路在转折频率点的源端阻抗
示波器探头在转折频率点的输入阻抗

    我们姑且认为典型的数字信号源端阻抗范围从10欧到75欧，现在只需要研究示波器探头与频率的关系特性。图3.11显示了3种典型示波器探头的输入阻抗。

    1、0.5PF，1KΩ输入阻抗的10倍无源探头。

    2、1.7PF，10MΩ输入阻抗的10侪FET有源输入探头。

    3、10PF，10MΩ输入阻抗的10倍无源探头。

    参见图3.11，在我们关注的上升时间范围内，探头的并联电容越高，阻抗会越低。在高频时，只有并联电容比较重要。

    如果我们想让探头对被测电路的影响不大于10%，探头的阻抗应该至少110倍被测电路的源端阻抗。对于任何上升时间小于5NS的场合，10PF的探头都无法满足要求。

    例：探头加载

    参见图3.12，我们通过一个50欧阻抗的长传输线，将信号源连接到一个50欧的端接器在端接位置连接一个感应探头，该探头由一个1KΩ的电阻和一条5Ω阻抗的RG-174短同轴电缆组成。这个感应同轴电缆的另一端接到一台高速采样示波器的50Ω端接的输入端上。

    现在我们可以将不同负载的示波器探头接到测试点上，观察它们对电路的影响。

    图3.13展示了一个TEKTRONIX P6137探头连接到测试点时的情形。P6137是一个10倍衰减，10PF的100MΩ类型探头，应探头连接到400MHz的便携式示波器。第一个波形是没有加载探头时的记录结果；第二个波形是加载了带有6IN长接地线探头时记录的结果；第三个波形是将裸探头的尖端触点直接接触测试点A，探头外壳用刀片直接接地时得到的结果。

    第一个波形的上升时间最好，为600PS，并伴有中等程度的振铃。第二个波形则在上升时间上有所劣化，并在最初的上升沿后有较大下冲。第一个波形也有波动，但波动保持在渐近线上下半个刻度的范围之内。最后一个波形的上升时间显示为800PS，而且波动很小。

    让我们来计算预期的上升时间劣化，然后与这些实验结果进行比较。

    如第三个波形所示，当连接的串联电感很小时，探头等效于一个简单的电容负载。图3.12所示的测试点等效信号源端阻抗为25欧，当耦合到10PF的容性负载时，其RC上升时间是：

    这个值正好对应了800PS的测量结果，达到了我们预期的精确程度。

    当探头负载使信号上升时间增加了200PS时，信号的延迟仅增加了100PS，这是因为大多数门电路的转换时间是在上升沿的中部，而不是10%或90%点的位置。

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