【導(dǎo)讀】人們常有這樣的誤解，以為測量準(zhǔn)確性只取決于儀器的規(guī)格，例如屏幕上顯示的波形數(shù)量。然而，影響實(shí)際準(zhǔn)確性的因素要復(fù)雜得多。準(zhǔn)確性與測量設(shè)置密切相關(guān)，取決于測量設(shè)置保持的被測信號完整性。任何測量的有效性最終取決于整個(gè)測量過程中信號完整性的保持情況。
人們常有這樣的誤解，以為測量準(zhǔn)確性只取決于儀器的規(guī)格，例如屏幕上顯示的波形數(shù)量。然而，影響實(shí)際準(zhǔn)確性的因素要復(fù)雜得多。準(zhǔn)確性與測量設(shè)置密切相關(guān)，取決于測量設(shè)置保持的被測信號完整性。任何測量的有效性最終取決于整個(gè)測量過程中信號完整性的保持情況。
為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的信號測量，示波器必須通過探頭連接到被測電子電路。探頭發(fā)揮著重要作用，能夠確保到達(dá)示波器的信號無雜質(zhì)、不失真，且盡可能接近電路中流通的原始信號。如果沒有適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)，即使是高分辨率示波器，也會產(chǎn)生誤導(dǎo)性結(jié)果，從而降低示波器在實(shí)際測量場景中發(fā)揮的作用。
示波器準(zhǔn)確性：ADC 分辨率不是唯一影響因素
影響示波器信號測量準(zhǔn)確度的不是某一個(gè)參數(shù)。最常見的錯(cuò)誤是，人們將示波器的準(zhǔn)確度與示波器 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的分辨率混為一談。雖然更高的 ADC 分辨率意味著可以用更多的離散級別來表示信號，但高分辨率不能解決現(xiàn)實(shí)世界的問題，例如噪聲、失真或饋入 ADC 的信號路徑的質(zhì)量。
為了獲得更高的測量準(zhǔn)確性，通常會使用有效位數(shù) (ENOB)。ENOB 考慮噪聲、失真和其他影響示波器前端測量鏈的缺陷。但測量鏈不是始于示波器連接器，而是探測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)高 ENOB 不僅需要良好的示波器，還要求整個(gè)探測系統(tǒng)具有出色的信號調(diào)節(jié)功能。在某些情況下，如果低分辨率示波器配備高質(zhì)量探頭并進(jìn)行適當(dāng)信號調(diào)節(jié)，與具有較高標(biāo)稱 ADC 分辨率但信號調(diào)節(jié)較差的示波器相比，測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量的探頭的基本特性
為了確保到達(dá)示波器的信號盡可能減少衰減，必須考慮兩個(gè)關(guān)鍵因素：探頭規(guī)格和使用探頭的工程師的技能。不同類型的探頭具有不同的特性，這些特性對于各種應(yīng)用中的正確信號調(diào)節(jié)非常重要。
例如，人們常常低估無源探頭的重要性。無源探頭用于使信號在到達(dá)示波器之前衰減，從而避免前端超出輸入電壓限值。阻抗為 1 MΩ 的無源探頭非常適合高阻抗電路，因?yàn)檫@類探頭測量信號時(shí)的干擾極小。但無源探頭還需要提供極小的電容負(fù)載和寬帶寬，以與示波器的輸入帶寬保持一致。例如，泰克 TPP1000 無源探頭提供 1 GHz 帶寬，小于 4 pF 的電容負(fù)載，有助于保持信號完整性。
圖 1：探頭的額外電容會增加電阻值和電容值，從而增加測量的上升時(shí)間。
在高速數(shù)字信號應(yīng)用中，無源探頭并不是理想的選擇，因?yàn)闀?dǎo)致電路過載并限制信號帶寬。為此，我們提供帶準(zhǔn)確內(nèi)置放大器的有源探頭，這類探頭也能為電路提供低阻抗負(fù)載并保持信號保真度。在某些情況下，應(yīng)用要求實(shí)現(xiàn)最大可能的帶寬和電壓容量，例如寬禁帶技術(shù)支持的快速開關(guān)功率電子組件。
該案例非常清楚地解釋了為什么“示波器 + 探頭”鏈比單純的示波器 ADC 分辨率更重要。事實(shí)上，在這些場景中，在嘈雜的環(huán)境中或者在處理淹沒于大共模噪聲中的小差分信號時(shí)，主要依賴探頭本身來抑制噪聲和干擾。泰克有源探頭具有低輸入電容和高輸入阻抗，這意味著探頭對被測電路的負(fù)載影響極小。這一點(diǎn)非常重要，有助于保持信號的完整性，并確保測量本身不會改變電路的行為。在某些情況下，需要電流隔離才能在寬帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)共模抑制性能，就像利用寬禁帶新材料實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)功率電子組件測試一樣。
信號路徑和測量鏈
測量鏈的重要性不只局限于探頭本體。整個(gè)信號路徑（包括電纜、適配器和探頭尖端）在保持信號準(zhǔn)確性方面發(fā)揮著非常重要的作用。要防止共模噪聲扭曲信號，有必要使用適當(dāng)?shù)钠帘魏透綦x措施以及避免接地環(huán)路。
每種特定的測量場景都需要一個(gè)精心設(shè)計(jì)的探測系統(tǒng)，包括針對不同類型的測試點(diǎn)（例如細(xì)間距引線或測試墊片）進(jìn)行優(yōu)化的適當(dāng)探頭尖端和附件。使用合適的探頭尖端可確保信號捕獲質(zhì)量，避免引入額外的電阻、電容或電感，從而防止測量失真。
圖 2：從測試設(shè)備到示波器輸入的完整信號路徑。
圖 3：IsoVu 探頭可抑制共模干擾，真實(shí)呈現(xiàn)信號。
結(jié)論：信號調(diào)節(jié)有助于準(zhǔn)確測量
雖然示波器分辨率是影響信號測量的一個(gè)重要因素，但并不是唯一的考慮因素。如果信號調(diào)節(jié)不良導(dǎo)致信號在到達(dá)示波器之前受損，即使是高分辨率儀器也會產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。通過使用高質(zhì)量探頭進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)，可以確保將信號完整性（其幅度、頻率和相位特性）從被測電路如實(shí)傳輸?shù)绞静ㄆ?。這可以避免引入噪聲、失真或負(fù)載效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)更可靠、更準(zhǔn)確的測量。
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