示波器探頭基礎(chǔ)知識

聶文偉Oscilloscope.China@rohde-schwarz,“ScopeArt先生”團(tuán)隊(duì)成員

示波器探頭是示波器使用過程中不可或缺的一局部，它主要是作為承載信號傳輸?shù)逆溌?，將待測信

號完整可靠的傳輸至示波器，以進(jìn)一步進(jìn)展測量分析。很多工程師很看重示波器的選擇，卻容易忽

略對示波器探頭的甄別。試想如果信號經(jīng)過前端探頭就已經(jīng)失真，那再完美的示波器所測得的數(shù)據(jù)

也會有誤。所以正確了解探頭性能，有效躲避探頭使用誤區(qū)對我們?nèi)粘Ｊ褂檬静ㄆ鱽碚f至關(guān)重要！

在絕大多數(shù)示波器測量環(huán)境下，我們都需要使用探頭。示波器探頭有很多種，內(nèi)部原理構(gòu)造迥異，

使用方法也各不一樣。本文主要給大家介紹示波器探頭的種類及工作原理，探頭使用過程考前須知

以及如何選擇示波器探頭。

1示波器探頭種類及工作原理

對于DC直流或一般低頻信號而言，示波器探頭只是一個由特定阻抗R所形成的一段傳輸線纜。而

隨著待測信號頻率的增加和不規(guī)那么性，示波器探頭在測量過程中會引入寄生電容C以及電感L,

寄生電容會衰減信號的高頻成分，使信號的上升沿變緩。寄生電感那么會與寄生電容一起構(gòu)成諧振

回路，使信號產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。所有這些都會對我們測量信號的準(zhǔn)確性帶來挑戰(zhàn)。

圖1探頭電氣特性示意圖

示波器探頭按供電方式分可分為無源探頭和有源探頭。無源探頭又分為無源低壓、無源高壓及低阻

傳輸線探頭等，有源探頭又分為有源單端、有源差分、高壓差分探頭等。此外，在一些特殊應(yīng)用下，

還會使用到電流探頭［AC、DC〕、近場探頭、邏輯探頭以及各類傳感器〔光、溫度、振動〕探頭

等。

無源探頭是最常用的一類電壓探頭，也是我們在購置示波器時標(biāo)配贈送的探頭。如圖2所示。

.、一

圖2無源探頭不思圖

無源探頭一般使用通用型BNC接口與示波器相連所以大多數(shù)廠家的無源探頭可以在不同品牌的示

波器上通用〔某些廠家特殊接口標(biāo)準(zhǔn)的探頭除外〕，但由于示波器一般無法自動識別其他品牌的探

頭類型，所以此時需要手動在示波器上設(shè)置探頭衰減比，以保證示波器在測量時正確補(bǔ)償探頭帶來

的信號衰減。

圖3所示為日常最為常見的一類無源探頭原理示意圖,它由輸入阻抗Rprobe、寄生電容Cprobe、

傳輸導(dǎo)線〔一般1至1.5米左右〕、可調(diào)補(bǔ)償電容Ccomp組成。此類無源探頭一般輸入阻抗為10MQ,

衰減比因子為10:1。

圖3無源探頭原理圖

在使用此類探頭時，示波器的輸入阻抗會自動設(shè)置為高阻1MQ。此時示波器BNC通道輸入點(diǎn)的電

壓Vscope與探頭前端所探測的電壓值Vprobe的關(guān)系滿足以下對應(yīng)關(guān)系：

Vprobe/Vscope=(9MQ+1MQ)/1MQ=10:1

由關(guān)系式可知，示波器得到的電壓是探頭探測到電壓的十分之一，這也是無源探頭10:1衰減因子

的由來。無源探頭具備高阻抗10MQ,因此它對待測電路的負(fù)載效應(yīng)〔將在第二局部詳述〕很小，

能覆蓋一般低頻頻段［500MHz以內(nèi)〕，耐壓能力強(qiáng)〔300V-400Vrms〕，價格廉價，通用性好，

所以得到廣泛使用。

當(dāng)無源探頭的衰減因子為100:1,1000:1甚至更高時，此類探頭一般歸類為無源高壓探頭。由于

其衰減比很大，因此能測量高壓、超高壓電信號。

還有一類無源探頭，其衰減比為1:1,信號未經(jīng)衰減直接經(jīng)過探頭傳輸至示波器，其耐壓能力不及

其它無源探頭，但它具備測試小信號的優(yōu)勢。由于不像10:1衰減比探頭那樣信號需要示波器再放

大10倍顯示，所以示波器內(nèi)部噪聲未放大，測量噪聲更小，此類更適用于測試小信號或電源紋波噪

聲。

圖5R&SHZ-1541:1/10:1可調(diào)衰減比無源探頭

無源傳輸線探頭是另一類特殊的無源探頭，其特點(diǎn)是輸入阻抗相對較低，一般為幾百歐姆，支持帶

寬更高,可達(dá)數(shù)GHz以上。圖6為輸入阻抗為500Q的10:1無源傳輸線探頭原理圖：

圖6傳輸線探頭原理圖

傳輸線探頭具備低寄生電容，低輸入阻抗的特性，一般用來測量高頻信號。在使用傳輸線探頭時應(yīng)

該注意將示波器輸入阻抗設(shè)置為50Q,以與傳輸線50Q阻抗相匹配，傳輸線探頭的典型應(yīng)用為測量

50。傳輸線上的電信號,通過SMA-N等不同的轉(zhuǎn)換接頭，傳輸線探頭也可用在頻譜分析儀等其它

測試設(shè)備上。

圖7傳輸線探頭的典型應(yīng)用

需要注意的是，由于傳輸線探頭的低阻抗，它的負(fù)載效應(yīng)會比擬明顯。因此，此類探頭僅適用于與

低輸出阻抗〔幾十至100歐姆〕的電路測試。對于更高輸出阻抗的電路，我們可以選擇使用高阻有

源探頭的方案，將在后續(xù)詳述。

圖8R&SRT-ZZ808.0GHz無源傳輸線探頭

介紹完無源探頭，我們接下來看看有源探頭。顧名思義，有源探頭區(qū)別于無源探頭最大的特點(diǎn)是“有

源〃，即它需要提供電源才能工作。如今大多數(shù)有源探頭都配備有特殊接口，通過與示波器連接從

示波器獲得電源，而不需要額外提供外置電源〔某些型號除外〕。下列圖所示為有源單端探頭原理

圖：

圖9有源單端探頭原理圖

有源單端探頭一般具備高阻抗（1MQ上下〕，低寄生電容。其前端有一個高帶寬的放大器，有源探

頭的供電主要用于此放大器。放大器驅(qū)動信號經(jīng)過50Q傳輸線到達(dá)示波器，示波器的輸入阻抗需選

擇為50。作匹配。由于其較低的寄生電容和50歐姆傳輸，有源單端探頭可以提供比無源探頭更高

的帶寬，因此主要應(yīng)用在高頻信號的測量領(lǐng)域。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)往往是并存的，有源單端探頭亦是如此。能夠測量更高帶寬的信號是其優(yōu)點(diǎn)，但由于需

要集成有源放大器，因而其本錢相對于無源探頭來說更高，一個幾GHz帶寬的有源單端探頭價格

可達(dá)數(shù)萬人民幣。除此之外，由于高帶寬放大器的信號輸入范圍十分有限，因而其動態(tài)范圍有限，

一般有源單端探頭的動態(tài)范圍僅在幾伏范圍之內(nèi)，探頭所能承受的最大電壓也只有幾十伏。

相對于前面所說的無源傳輸線探頭，有源單端探頭同樣可以應(yīng)用在低阻抗高頻率信號的測量環(huán)境，

且由于其輸入阻抗相對于無源傳輸線探頭更高，因此它的負(fù)載效應(yīng)更小。不僅如此，R&S有源單端

探頭還可以與RT-ZA9〔N型轉(zhuǎn)換接頭，USB供電〕附件連接，進(jìn)而用在射頻信號源和頻譜分析儀

上，用來測試特殊環(huán)境下的信號，如傳統(tǒng)50歐姆同軸線纜無法連接的探測點(diǎn)處，或者需要使用高

阻探頭探測待測點(diǎn)信號頻譜時。

圖10R&SRT-ZS系列單端有源探頭與RT-ZA9N型轉(zhuǎn)換頭相連

除了有源單端探頭之外，有源差分探頭是另外一類重要的有源探頭。我們可以從字面上來理解這兩

種探頭的區(qū)別，有源單端的前端有兩處連接點(diǎn)：信號點(diǎn)和地。有源差分顧名思義主要用來測試差分

信號，探頭前端有三處連接點(diǎn)：信號正、信號負(fù)、地。

圖11有源單端探頭前端〔左〕與有源差分探頭前端〔右〕

有源差分探頭的原理圖如下：

圖12有源差分探頭原理圖

與有源單端探頭相比，其最大不同在于使用了差分放大器。有源差分探頭同樣具備低寄生電容和高

帶寬特性，所不同的是，有源差分探頭具有高共模抑制比〔CMRR〕,對共模噪聲的抑制能力比擬

強(qiáng)。有源差分探頭主要用來測試差分信號，即測試兩路信號〔一般為相位相差180度的正反信號〕

的相對電壓差，與地?zé)o關(guān)。

圖13差分信號測試原理示意圖

上圖顯示了用有源差分探頭測試差分信號的原理，圖中紅色波形顯示的為差分信號Vin+,藍(lán)色波形

顯示為差分信號Vin-,二者幅度一樣,相位相差180度。Vin+和Vin-經(jīng)由差分探頭正、負(fù)探測點(diǎn)探

測后經(jīng)過差分放大器放大，然后傳輸至示波器，最后得到如圖綠色差分波形。

這里要介紹幾個概念，以便大家能夠更好的理解共模抑制比CMRR。

共?！睠ommonMode〕:差分信號兩端具有一樣幅度和相位的信號成分，用表達(dá)式表示為Vcm=

〔Vin++Vin-〕12.

由于理想的Vin+、Vin-幅度一樣，相位相反，所以二者相加應(yīng)該為零。但在實(shí)際工作環(huán)境下，Vin+、

Vin-上會疊加上噪聲干擾Vnoise。由于Vin+、Vin-所處環(huán)境一樣，因而在二者上疊加的噪聲也往往

一樣,所以由CM表達(dá)式可知：CM=Vnoise.

差模〔DifferentialMode〕:差分信號兩端不同的信號成分，用表達(dá)式表示為Vdm=Vin+-Vin-.

共模抑制〔CommonModeRejection〕：差分放大器對共模信號的抑制能力，即差分放大器的一項(xiàng)

主要能力是對Vnoise進(jìn)展抑制消除。如果共模電壓Vcm經(jīng)過差分放大器的增益為Acm,差模電

壓Vdm經(jīng)過差分放大器的增益為Adm,那么我們可以用共模抑制比〔CommonModeRejection

Ratio〕即CMRR來表示共模抑制能力，其表達(dá)式為：

CMRR=Adm/Acm

舉例如下列圖：差模信號Vdm幅度為1V,經(jīng)過差分放大器后幅度為2V,即Adm=2.共模信號

Vcm幅度為4.5V經(jīng)過差分放大器后幅度抑制為0.45V即Acm=0.1.因此,CMRR=2/0,1=20:

1=26dBo

圖14差分信號測試舉例

對于理想的差分放大器而言，我們希望其完全抑制共模信號，從而消除噪聲Vnoise對差分信號測量

的影響。對于一般的差分信號測量而言，20dB的CMRR已經(jīng)足夠，而R&SRT-ZD40的CMRR可

達(dá)50dB，性能非常優(yōu)異。

圖15R&SRT-ZD40有源差分探頭

值得一提的是，R&S的有源單端探頭和有源差分探頭上都配備了MicroButton多功能按鈕和

ProbeMeter探頭計(jì)功能。其中，MicroButton是位于有源探頭前段的一個微型按鈕，用戶可以在測

試時很方便的按動按鈕，從而執(zhí)行對示波器的特定控制〔可自定義〕，如：自動設(shè)置、默認(rèn)設(shè)置、

單次運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行等。

圖16MicroButton多功能按鈕

ProbeMeter那么是集成在有源探頭前端的16位DC電壓計(jì)，可用來直接在探頭點(diǎn)處測試直流電壓，

這與其他廠家使用探頭捕獲波形然后輸送到示波器，進(jìn)而對波形進(jìn)展測量得到DC數(shù)值的方案完全

不同。很顯然，ProbeMeter摒除了探頭傳輸?shù)氖д嬗绊懀瑥亩邆淞?.1%的高精準(zhǔn)度。在使用差

分探頭時，可以借助此功能方便快捷查看單端、共模、差模電壓數(shù)值。

圖17ProbeMeter探頭電壓計(jì)

有源差分探頭可用于絕大多數(shù)較小幅度差分信號的測量，但對于幅度達(dá)上百甚至上千幅的高壓差分

信號而言，有源查分探頭就顯得力不從心了。此時我們只能借助于高壓差分探頭的幫助，相對于一

般差分探頭而言，高壓差分探頭具有更高的動態(tài)范圍，能夠承受更高的電壓。

圖18R&SRT-ZD01±1400V高壓差分探頭

高壓差分探頭相對于無源高壓探頭而言價格昂貴，因此有用戶在測試高壓差分信號時會選擇將示波

器的電源接地線剪斷，使示波器“浮起來〃進(jìn)展測試，這是非常危險的，一定要杜絕此類行為。我

們將在第二局部詳細(xì)說明。

電流探頭嚴(yán)格意義上說也屬于有源探頭的一種，幾乎所有的電流探頭在使用過程中都需要供電。電

流探頭主要分為三類：AC〔僅能測試交流電〕、DC〔僅能測試直流電〕、AC+DCo而目前大多數(shù)

電流探頭都具備了AC+DC的測量功能。

電流探頭的原理如下，主要是利用電磁效應(yīng)〔AC測量〕和霍爾效應(yīng)〔DC測量〕。

圖19AC+DC電流探頭原理圖

當(dāng)有AC電流經(jīng)過導(dǎo)線穿過電流探頭的前段閉合鉗口時，會有相應(yīng)磁場產(chǎn)生，通過磁場的強(qiáng)弱直接

感應(yīng)到電流探頭的線圈。探頭就象一個電流變壓器，系統(tǒng)直接測量的是感應(yīng)電流。

如果是DC或者低頻電流，當(dāng)電流鉗閉合后，電流導(dǎo)線附近會出現(xiàn)一個磁場。磁場使霍爾傳感器內(nèi)

的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在霍爾傳感器的輸出產(chǎn)生一個電壓。系統(tǒng)根據(jù)這個電壓產(chǎn)生一個反相〔補(bǔ)償〕電

流至電流探頭的線圈，使電流鉗中的磁場為零，防止磁飽和。系統(tǒng)根據(jù)反相電流測得實(shí)際得電流值。

電流探頭的選擇主要依據(jù)其測量帶寬、量程以及鉗口直徑等。

MSO數(shù)字邏輯探頭在數(shù)字邏輯測試中會經(jīng)常使用，與一般8bit模擬探頭相比，數(shù)字邏輯探頭根據(jù)

示波器所設(shè)置的判決門線電平，將捕獲的電壓按照0、1跳變〔1bit〕的數(shù)字信號在屏幕上顯示出來。

用戶可以根據(jù)多路數(shù)字信號的邏輯電平及關(guān)系來判斷邏輯電路的性能。

圖20R&SRTO-B1數(shù)字邏輯探頭

EMI近場探頭是另一類特殊的探頭類型，它實(shí)際使用了天線接收原理，用來捕獲電路板上空間輻射

的電磁場干擾，特別是在系統(tǒng)集成中做EMI電磁干擾的診斷。

圖21EMI近場探頭示意圖

除了以上給大家介紹的各種探頭之外，還有光探頭、溫度傳感探頭及其他各類傳感探頭等。原那么

上來說，任何一款能夠?qū)⒏魑锢砹哭D(zhuǎn)換成電壓信號并具備與示波器互連能力的傳感器都可以作為示

波器探頭，用戶可以根據(jù)具體使用環(huán)境和需求選擇適合的探頭類型。

一一未完待續(xù)-----------------------------

作者介紹：

聶文偉先生于2021年畢業(yè)于北京交通大學(xué)電信學(xué)院，電磁場與微波技術(shù)專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位。

畢業(yè)后供職于ZTE中興通訊股份，先后從事無線產(chǎn)品測試與海外營銷方面的工作。2021年參加羅

德與施瓦茨公司，現(xiàn)任羅德與施瓦茨公司西安示波器業(yè)務(wù)開展工程師，主要負(fù)責(zé)西北地區(qū)的示波器

產(chǎn)品市場推廣工作。

在？示波器探頭根底入門指南〔上〕？一文中，我們主要介紹了示波器探頭的種類及其工作原理，接

下來我們將介紹示波器探頭的主要指標(biāo)，如何選擇示波器探頭，以及在示波器探頭的使用過程中應(yīng)

該注意哪些問題。

2示波器探頭的主要指標(biāo)

2.1帶寬

與示波器一樣，示波器探頭的頻響類似一個低通響應(yīng)。探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)輸出幅度下降到

70.7%〔-3dB〕時對應(yīng)的輸入信號頻率。

圖1探頭頻響及帶寬定義

當(dāng)示波器配合探頭使用時，示波器+探頭就構(gòu)成了一套測量系統(tǒng)，此測量系統(tǒng)的帶寬滿足以下公式:

可見，探頭帶寬越高，對示波器帶寬的影響也就越小。一般我們推薦示波器探頭的帶寬為示波器帶

寬的1.5倍，即探頭帶寬略高于示波器帶寬。

2.2上升時間

探頭的上升時間是指探頭對階躍函數(shù)10%-90%的響應(yīng)時間。一般而言，探頭帶寬越高，上升時間越

短。

與示波器一樣，大多數(shù)探頭的帶寬與上升時間滿足0.35公式，即：

Trise=0.35/BWprobe

示波器+探頭測量系統(tǒng)的上升時間那么滿足以下公式：

2.3輸入阻抗

探頭一般都標(biāo)注了輸入阻抗值，從50Q至10MQ甚至更高。探頭的輸入阻抗會嚴(yán)重影響探頭的負(fù)載

效應(yīng)〔將在第三節(jié)中詳述〕。輸入阻抗越大，探頭的負(fù)載效應(yīng)越小，對待測電路正常工作影響也就

越小。輸入阻抗越小，探頭的負(fù)載效應(yīng)越大，對待測電路正常工作的影響就越大。

2.4輸入電容

輸入電容是有源探頭的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。有源探頭的輸入電容一般很小，小至pF甚至零點(diǎn)幾pF。小

的電容會在高的頻帶上提供較大的輸入阻抗，從而減小負(fù)載效應(yīng)。由輸入電容導(dǎo)致的輸入阻抗公式

如下：

Rin=1/2nfCin

由以上公式可知，Cin越小，探頭可以支持更高的帶寬f,這也是為什么有源探頭相對于無源探頭而

言可以提供更大的帶寬的原因。

2.5衰減比

一般探頭都會對探測到的信號進(jìn)展衰減，然后輸送至示波器。最常見的衰減比為10:1,即信號衰

減為原始的十分之一，此時衰減比標(biāo)注為10Xo此外，常見的還有1X、100X、1000X探頭等。

2.6最大輸入范圍

探頭都有最大輸入范圍，超過一定輸入范圍那么可能損壞探頭。

3示波器探頭使用考前須知

3.1負(fù)載效應(yīng)

探頭的負(fù)載效應(yīng)是指被測電路接上探頭后，探頭與示波器一起組成了待測電路的并聯(lián)負(fù)載，從而吸

引一局部電流流入示波器，對原始待測電路上的信號產(chǎn)品影響。如果負(fù)載效應(yīng)很大，那么測到的波

形與原始波形變化很大，示波器就不能準(zhǔn)確測量波形。

圖2示波器探頭接入引起負(fù)載效應(yīng)

那么如何評判探頭的負(fù)載效應(yīng)呢？一般來說，探頭接入的輸入阻抗應(yīng)為待測電路待測點(diǎn)處輸出阻抗

的10倍以上，此時負(fù)載效應(yīng)較小，測量誤差在允許范圍以內(nèi)。

如下列圖所示：

圖3負(fù)載效應(yīng)例如

在探頭探測前，探測點(diǎn)的電壓為5VX100KQ/1100Q+100KQ〕=4.995VO探頭探測后，并聯(lián)了一

個1MQ的阻抗，此時探測點(diǎn)的電壓為：

5VX(90.9k)/[100+(90.9k)]=4.994V

此時，探頭引入的負(fù)載效應(yīng)僅為0.001V,可以忽略不計(jì)。如果待測點(diǎn)的輸出阻抗更高，那么需要使

用更高輸入阻抗的探頭。

值得一提的是,當(dāng)我們測試由信號源輸出的射頻信號時，一般使用的是50Q傳輸線纜。50Q的傳輸

線纜與信號源輸出阻抗〔50?！诚嗥ヅ?，使功率最大的傳輸至示波器，從而保證了測量精度。

而在某些時候，工程師希望測試電路板上某個探測點(diǎn)處的頻譜，往往使用剪斷的50Q傳輸線纜，在

剪斷處剝離地和傳輸芯，用以接觸探測點(diǎn)。線纜另一端那么連接至頻譜儀。

圖4前段剝離的50。傳輸線纜

這種做法那么是不可取的，電路板上的探測點(diǎn)與射頻源的輸出不同，由于傳輸線的50Q低阻抗，會

對測試點(diǎn)處引入較大的負(fù)載效應(yīng)。正確的做法是，使用高輸入阻抗的探頭取代50。傳輸線纜，與頻

譜儀連接。

R&S提供了RT-ZA9的BNC-N轉(zhuǎn)接頭方案，它可以將高輸入阻抗的R&S有源探頭〔1MQ〕與頻

譜儀或接收機(jī)相連接，對需要高阻抗測試的DUT進(jìn)展精準(zhǔn)測量。

圖5RT-ZA9轉(zhuǎn)接頭示意圖

前面介紹過，探頭一般含有電阻、容性阻抗和感性阻抗。電阻的負(fù)載效應(yīng)會對信號DC分量測量造

成影響，對波形的幅度測量造成誤差。容性阻抗對AC分量的測量造成影響，比方會影響〔延緩〕

信號的上升時間。感性阻抗那么會對波形測量引入振鈴現(xiàn)象。

圖6探頭負(fù)載效應(yīng)分類

3.2探頭補(bǔ)償

我們在與電子測量工程師的交流中，經(jīng)常提到探頭補(bǔ)償?shù)膯栴}。當(dāng)我們購置示波器后第一次使用時，

或者因探頭資源緊張而臨時拿其他品牌探頭使用時，都會涉及到探頭補(bǔ)償問題。

所謂探頭補(bǔ)償是指示波器與探頭連接使用時，調(diào)整探頭的可變電容，在探頭與示波器之間進(jìn)展頻率

補(bǔ)償，使頻率到達(dá)相對穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)補(bǔ)償完成后，具備如下關(guān)系式：

RscopeXCscope=RprobeXCprobe

即：為了最大限度地傳送信號，示波器的輸入電阻和電容必須與探頭輸出的電阻和電容相匹配，此

時探頭具有最優(yōu)信號傳送能力。

那么如何進(jìn)展探頭補(bǔ)償呢？

探頭補(bǔ)償一般針對無源探頭而言〔有源探頭也存在補(bǔ)償〕，使用過無源探頭的工程師可能會發(fā)現(xiàn)，

在無源探頭與示波器接觸的一端上有一個小孔，這個小孔內(nèi)有一個十字旋鈕。通過探頭自帶的螺絲

刀小工具即可深入小孔內(nèi)調(diào)節(jié)探頭的可調(diào)電容值。

圖7調(diào)節(jié)無源探頭的可調(diào)電容值

具體原理如下列圖所示：

圖8通過調(diào)節(jié)探頭可調(diào)電容Ccomp來實(shí)現(xiàn)探頭匹配

探頭補(bǔ)償?shù)牟襟E如下：

?連接探頭與示波器通道；

?將探頭前端連接至示波器上的探頭補(bǔ)償口方波信號〔一般為1KHz、1V的信號〕；

?使用自帶小工具調(diào)節(jié)探頭可調(diào)電容，使得示波器上顯示的方波信號的上下電平局部保持

平穩(wěn)，即實(shí)現(xiàn)探頭與示波器的匹配。

在調(diào)節(jié)探頭時，示波器上顯示的方波信號可能存在以下三種狀態(tài)：

圖9探頭欠補(bǔ)償、過補(bǔ)償、匹配狀態(tài)的波形

3.3諧振效應(yīng)

在使用探頭測量信號上升沿時，把示波器的時基范圍調(diào)小，一般能看到在上升沿的過沖局部存在振

鈴現(xiàn)象，即探頭帶來的諧振效應(yīng)。

圖10探頭帶來的振鈴效應(yīng)

探頭不僅存在阻抗以及寄生電容，還存在寄生電感〔特別是在測試高頻信號時〕。探頭是由導(dǎo)線和

地線組成的，通常導(dǎo)線及地線越長，電感值就越大。探頭上的寄生電感和寄生電容容易形成諧振回

路，在輸入信號的鼓勵下，在某些頻率上產(chǎn)生高頻減幅諧振，從而出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。

圖11振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生

如下列圖所示，探頭的輸入阻抗會在特定頻率fx處到達(dá)最小值。

圖12探頭輸入阻抗

此時探頭的寄生電感、寄生電容以及待測信號源構(gòu)成諧振回路，出現(xiàn)諧振效應(yīng)，諧振頻率為：

其中，Leon為探頭寄生電感，Cin為輸入電容。如果諧振頻率剛好落在探頭帶寬范圍之內(nèi)，那么在

測試此頻率的信號時會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。

為了降低這種效應(yīng)，使用者往往使用最短的地線，從而減小探頭的Leon寄生電感，使得fresonance

諧振頻率最大化，從而超出示波器探頭的帶寬范圍，也就進(jìn)一步有效防止了諧振效應(yīng)。

探頭地線的長度嚴(yán)重影響諧振效應(yīng)，以下列圖片充分說明了地線長短對波形上升沿測量的影響。

圖13不同長短的底線的諧振效應(yīng)

由圖示可知，地線越短，諧振效應(yīng)越小，上升沿引起的振鈴現(xiàn)象越不明顯，此時的測量精度也就越

高。所以，在測試環(huán)境允許的情況下，盡可能地使用更短的地線。

3.4浮地測量問題

測量差分信號時，我們往往面臨以下3種選擇：

?使用兩個通道CH1、CH2,分別測試差分信號兩端,然后相減；

圖14使用兩個單端探頭測量差分電壓

?使用差分探頭測試；

圖15使用差分探頭測量差分電壓

?直接使用單端探頭浮地測量；

圖16使用浮地的方法測量差分信號

第1種方法需要兩個通道及探頭之間的完全一致性。即便如此，兩個通道上產(chǎn)生的不同噪聲也會對

測量結(jié)果造成影響,此種方法測試的CMRR共模抑制比很差，不作推薦。

第