探測電路總是會對信號產生一些影響。探頭負載會改變被探測的信號，并可能導致測量問題，甚至可能導致電路表現不同。減少電容負載有助于最大限度地減少這些影響。在本應用筆記中，您將了解低電容探頭如何改善您的測量。
了解您今天可以在我們的 3 系列和 4 系列示波器上節省多少?
下面我們概述了傳統無源探頭的一些主要優點和缺點，以及泰克產品（如 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250）如何克服與傳統無源探頭相關的許多挑戰。
上面我們可以看到傳統無源探頭的主要優缺點，因為它與電路探測有關。
最小化探針負載低電容探針應用
上面我們看到了泰克低電容探頭與競爭對手提供的其他傳統探頭直接比較時的優勢。
最小化探針負載簡介
本應用指南介紹了泰克的高帶寬、低電容無源電壓探頭如何降低示波器用戶的總擁有成本、提高性能和測量精度并節省設置時間。大多數示波器標配的無源電壓探頭提供了一種低成本的通用探測解決方案。通常，這些探頭缺乏有源電壓探頭的性能，但提供了適用于可視化信號的堅固性和寬動態范圍。表 1 描述了傳統無源探頭解決方案的優缺點。
TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 重新定義了無源探頭類別的性能，其規格以前在該類別中未實現。這些探頭設計用于泰克 4、5 和 6 系列 MSO、3 系列 MDO、MDO3000、MDO4000 和 MSO/DPO5000 系列示波器。
這種性能水平是通過組合示波器和探頭內的電路獲得的。帶寬、輸入電容和自動探頭補償的改進將傳統無源探測的缺點變成了優點，如表 2 所示。
本應用筆記將更詳細地描述：
降低擁有成本
提高測量精度
減少設置時間
降低擁有成本
標準無源探頭的局限性，特別是在 1 GHz 系統上，迫使用戶購買有源探頭，這顯著增加了總體投資成本。TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 探頭彌補了傳統無源探頭與更高性能、更高成本的有源探頭之間的差距。憑借行業領先的無源探頭規格和自動低頻和高頻補償，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 降低了用戶的總擁有成本并使示波器投資更有價值。
提高測量精度
有幾個因素會影響探頭向示波器傳輸信號的能力，用戶應該考慮：
性能規格：探頭的帶寬和上升時間是多少？
探頭尖端的低輸入電容：探頭的附件如何影響性能？
探頭負載：探頭在測試點加載多少信號？
圖 1.泰克、力科和安捷倫標準無源電壓探頭的上升時間。
性能規格
通用無源探頭更注重堅固性而不是性能。這種權衡長期以來就足夠了，因為這些探頭主要用于顯示低速信號。做出這種權衡也是因為在創建堅固耐用、高性能且能夠測量數百伏電壓的探頭方面存在重大的設計挑戰。
有源探頭通常從 1 GHz 帶寬開始，測量小于 10 V（盡管某些泰克探頭高達 40 V），并且缺乏無源探頭的穩健性。無源探頭通常為 500 MHz 或更低，測量數百伏特，并且堅固耐用。TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 是唯一能夠提供日常使用所需的性能、寬動態范圍和堅固性的探頭。
示波器和探頭的主要性能規格是帶寬。帶寬是頻率響應的量度，示波器主要是時域儀器。示波器上顯示的數據是幅度與時間的關系圖，頻域中看起來很小的差異可能會對時域產生很大影響。
大多數示波器用戶需要具有出色階躍響應的示波器和探頭，因為它可以更好地指示探頭輸出在示波器顯示屏上的外觀。為了正確顯示系統階躍響應，將快速、干凈的階躍信號注入測量系統。探頭上升時間評估需要一個邊緣速率比探頭更快的信號。考慮圖 1 中的屏幕截圖，其中比較了泰克的 TPP1000 探頭和力科和安捷倫的標配無源探頭的上升時間。
每個探頭使用探頭的短接地彈簧連接到相同的測試夾具以獲得最佳性能。如上面的屏幕截圖所示，建立了一個快速、干凈的階躍信號，上升時間為 240 ps，作為比較探頭階躍響應的參考。參考信號標識為 R1，是白色跡線。
泰克的 TPP1000 具有最快的上升時間 (443.6 ps)，波形的幅度和形狀與參考波形相同，但過沖較小。TPP1000 是最有能力以快速邊沿速率捕獲信號的無源探頭。
圖 2.連接了長地線的標準無源電壓探頭的上升時間。
探頭尖端的低輸入電容
由于標準無源探頭主要用于顯示信號，因此大多數用戶將長探頭接地線連接到接地連接。長接地線可以更輕松地將探針圍繞電路板移動到各個測試點，而無需連接和重新連接接地連接。
短接地彈簧可提供最佳性能，但接地可能并不總是在彈簧范圍內。6" 或更長的長地線使接地連接更容易，但長地線會由于增加電感而降低性能。
隨著地線長度的增加，增加到測量中的電感也會增加。電感和電容與頻率有關，隨著探頭電感和電容的增加，探頭的性能會下降。例如，帶有 6" 接地引線的探頭比帶有 12" 接地引線的相同探頭具有更高的性能和精度。
為了解決由地線引起的性能問題，可以選擇使用較短的地線來降低電感或尋找具有較低輸入電容的探頭。與其他標準無源探頭產品中提供的 9.5 pF 輸入電容相比，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 在探頭尖端提供 < 4 pF 輸入電容。
使用這些泰克無源探頭，用戶可以連接更長的接地線，而不會因具有更高輸入電容的探頭而導致信號衰減。圖 2 顯示了 Tektronix、LeCroy 和 Agilent 標準無源探頭的階躍響應，其中連接了長探頭接地引線。
添加長探頭接地引線對性能的影響是巨大的。探頭的上升時間減少，輸出信號出現振鈴、過沖增加和幅度不準確。TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 為用戶提供了在可視化信號時使用更長探頭接地的便利，而不會顯著降低性能和精度。
圖 3.標準 無源電壓探頭的探頭負載影響 。
探針加載 101
無源探頭的輸入電容和輸入電阻在探頭尖端規格中很重要，因為它會影響被測電路。當外部設備（例如探頭）連接到測試點時，它將表現為信號源上的附加負載，從電路中汲取電流。這種負載或信號電流消耗改變了測試點后面電路的操作，并改變了在測試點看到的信號。
理想的探頭應具有無限阻抗，但這是不可能的，因為探頭必須吸收少量信號電流才能在示波器輸入端產生信號電壓。探頭總是會引起一些信號源負載；面臨的挑戰是將其保持在盡可能低的水平。
最受關注的負載是由探頭尖端的電容引起的。對于低頻，該電容的電抗非常高，對被測電路幾乎沒有影響。隨著頻率的增加，容抗會降低，而在更高的頻率下，容性負載會更高。
電容負載通過減少帶寬和增加上升時間來影響測量系統的帶寬和上升時間特性。TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 的輸入電容比任何現有的高阻抗通用無源探頭都低得多。這些探頭的探頭尖端輸入電容 < 4 pF，明顯低于 ≥ 非泰克探頭提供 9.5 pF。圖 3 顯示了泰克 TPP1000 對力科和安捷倫標準產品的探頭負載。
白色軌跡是輸入信號波形，其他軌跡顯示當探頭連接到測試點時參考波形如何變化。重要的是要記住，此圖像中顯示的波形不是探頭的輸出，而是顯示了探頭如何影響測試點的信號。
藍色軌跡顯示了 TPP1000 對源信號的最小負載影響，因為它與參考波形非常匹配，并且對上升時間的影響最小。非泰克探頭的附加輸入電容的影響會影響性能和精度。如上所述，電容電抗在較高頻率下會降低，而電容負載會隨著頻率的增加而產生更大的影響。
更高電容的探頭將在更高頻率下具有更大負載，這解釋了力科和安捷倫負載信號上的圓角前角；前沿是方波高頻成分所在的位置。在探測更快的信號時，非泰克探頭會更嚴重地扭曲源信號并造成測量不準確。
最小化探針負載低電容探針應用
減少設置時間
由于探頭和示波器輸入特性的變化，通用無源探頭需要低頻補償。用戶可能不知道需要低頻補償，可能忘記了這個程序，或者可能會放棄低頻補償以節省時間。如圖 4 所示，必須使用調整工具補償探頭輸出，直到響應平坦，如下面的“正確補償”示例所示。
雖然低頻補償是所有無源探頭的必要且常見的用戶調整，但高頻補償通常需要由制造商的服務部門進行調整。
高頻補償調整點通常是用戶無法訪問的，并且可能需要用戶損壞
補償盒上的外部標簽以獲得訪問權限。這種補償可能還需要特殊設備，例如校準發生器和特殊探頭適配器，以進行必要的調整。高頻補償可校正前沿和長期平坦度的像差，如圖 5 所示。
圖 6.自動低頻和高頻探頭補償。
TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 在連接到兼容的泰克示波器時能夠自動進行低頻和高頻補償。與手動調整標準無源探頭進行低頻補償所需的時間相比，對 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 進行高頻和低頻補償所需的時間更少。
對于 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250，在首次將探頭連接到通道時，可以通過將探頭尖端和接地端固定到示波器的 PROBE COMP 引腳并選擇“補償探頭用于 <通道編號>”來輕松補償探頭。示例選擇如圖 6 所示。該過程耗時不到五秒，補償結果存儲在示波器中，以防探頭被移除和重新連接。示波器能夠為每個通道存儲多個探頭的結果。
彈簧針
TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 標配可更換的剛性尖端和彈簧針盒。彈簧針尖端是彈簧加載的，它需要較少的壓力來建立良好的電接觸，這意味著用戶不必用力按壓探針尖端。出于以下幾個原因，實現良好接觸所需的力是一個重要方面。首先，用戶在操作示波器時不必專注于將手保持在正確的位置。
安裝彈簧針后，探頭會保持恒定壓力，并為用戶提供一定的壓力以實現良好接觸，并且在使用探頭顯示信號時更舒適。此外，當沒有進行良好接觸或信號沒有按預期出現在示波器上時，用戶傾向于用力向下推探頭。這種力的增加可能會導致探頭無意中滑出測試點并導致意外接觸可能損壞測試設備或被測設備的相鄰信號。
MMCX 墨盒
TPP1000 和 TPP0500B 有一個可選的尖端，可顯著降低雜散 EMI 耦合，幾乎消除地線電感，并牢固地連接到測試點。
所有這些優勢都是通過稱為 MMCX 的行業標準 RF 連接器實現的。MMCX 是一種廉價、隨時可用的行業標準連接器，常用于 RF 應用。MMCX 濾芯擰入 TPP1000 或 TPP0500B 探頭。
結論
TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 重新定義了無源探頭產品類別的性能，其規格以前在該產品類別中未實現，將傳統無源探測的劣勢轉化為優勢。這些探頭通過提供兩種技術的最佳優勢，彌補了通用無源探頭和成本較高的有源探頭之間的差距：高性能；低成本; 能夠測量數百伏的動態范圍；低輸入電容；以及日常使用所需的堅固性。
憑借行業領先的無源探頭規格和自動補償，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 降低了用戶的總擁有成本，并為示波器投資增加了巨大的價值。
版權所有 ? 泰克。版權所有。