本應用指南介紹了泰克高帶寬、低電容無源電壓探頭怎樣降低示波器用戶的總擁有成本、改善性能和測量精度、節(jié)省用戶設置時間。大多數(shù)示波器標配的無源電壓探頭都提供了低成本通用探測解決方案。一般來說，這些探頭沒有有源電壓探頭的性能，但堅固耐用、動態(tài)范圍寬，適合查看信號。表 1 描述了傳統(tǒng)無源探頭解決方案的優(yōu)勢和劣勢。

表 1. 傳統(tǒng)無源探頭的優(yōu)勢和劣勢。

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 重新界定了無源探頭產品類別的性能，提供了這類產品以前沒有實現(xiàn)的技術指標。這些探頭設計用于泰克 MDO3000、 MDO4000B、MSO/DPO4000B 和 MSO/DPO5000 系列示波器。這種性能水平是通過結合使用示波器和探頭內部的電路來實現(xiàn)的。通過改善帶寬、輸入電容和自動補償探頭，傳統(tǒng)無源探頭的劣勢被轉化成優(yōu)勢，如表 2 所示。

表 2. 泰克 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 的優(yōu)勢。

本應用指南將更詳細地介紹：

降低擁有成本

改善測量精度

縮短設置時間

降低擁有成本：

標配無源探頭的局限性 ( 特別是在 1 GHz 系統(tǒng)上 ) 迫使用戶購買有源探頭，這明顯提高了用戶的整體投資成本。泰克 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 探頭彌補了傳統(tǒng)無源探頭與性能更高、價格也更高的有源探頭之間的空白。泰克是唯一在 1 GHz 上把探頭帶寬與示波器探頭帶寬匹配起來的廠商。由于業(yè)內領先的無源探頭技術指標及自動低頻補償和高頻補償技術， TPP1000、TPP0500B、TPP0250 降低了用戶的擁有總成本，進一步提高了示波器的投資回報。

改善測量精度：

許多因素影響著探頭為示波器提供信號的能力，用戶應考慮以下因素：

性能指標：探頭的帶寬和上升時間是多少?

探頭尖端的低輸入電容：探頭附件對性能有哪些影響?

探頭負載：探頭給測試點上的信號帶來了多大的負載?

應用指南：

性能指標

通用無源探頭的優(yōu)勢在于堅固耐用，而不是性能。這種矛盾長期以來一直未能得到解決，因為這些探頭主要用來觀察低速信號。這種矛盾的存在，還源于研制堅固耐用、高性能、能夠測量幾百伏特的探頭面臨著重大的設計挑戰(zhàn)。有源探頭的帶寬一般為 1 GHz 以上，測量的電壓低于 10 V(部分泰克探頭可以高達 40 V)，缺少無源探頭的強健性。無源探頭的帶寬一般在 500 MHz 或以下，測量幾百伏的電壓，堅固耐用。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 是唯一同時提供優(yōu)異性能、寬動態(tài)范圍及日常使用所需的堅固性的探頭。

圖 1. 泰克、力科和安捷倫標配無源電壓探頭的上升時間

帶寬是示波器和探頭的主要性能指標。帶寬是衡量頻響的指標，示波器主要是時域儀器。示波器顯示的數(shù)據(jù)是幅度隨時間變化圖，頻域中看上去很小的差異可能會在時域中產生很大的影響。大多數(shù)示波器用戶需要擁有優(yōu)秀階躍響應的示波器和探頭，因為它可以更好地表明探頭輸出在示波器顯示屏上的顯示結果。為正確顯示系統(tǒng)階躍響應，應在測量系統(tǒng)中注入快速干凈的階躍信號。在評估探頭上升時間時，要求信號的邊沿速率快于探頭所能支持的邊沿速率。看一下圖 1 中的截圖，其比較了泰克 TPP1000 探頭與力科和安捷倫標配無源探頭的上升時間。

每只探頭都使用探頭的短接地彈簧連接到相同的測試夾具上，以實現(xiàn)最優(yōu)性能。如上面的截圖所示，上升時間為 240 ps 的快速干凈的階躍信號被確立為參考基準，與探頭的階躍響應進行對比。泰克 TPP1000 的上升時間最快 (443.6 ps)，波形幅度和形狀與參考基準相同，而過沖很小。TPP1000 無源探頭捕獲擁有快速邊沿速率的信號的能力最強。

圖 2. 連接長地線的標配無源電壓探頭的上升時間。

探頭尖端的低輸入電容

由于標配無源探頭主要用來觀察信號，大多數(shù)用戶會把一條長探頭地線連接到接地上。通過使用長地線，可以更簡便地在電路板周圍，把探頭移動到各個測試點，而不必連接和重連接地。短接地彈簧提供了最佳性能，但接地可能不會一直位于彈簧的到達范圍內。長地線長 6 英寸 ( 含 ) 以上，可以更簡便地獲得接地連接，但長地線增加了電感，降低了性能。隨著地線長度提高，測量中增加的電感也會提高。電感和電容與頻率有關，在探頭電感和電容提高時，探頭性能會下降。例如，連接 6 英寸地線的探頭實現(xiàn)的性能和精度都要高于連接 12 英寸地線的相同探頭。

可以采用多種方案，解決地線導致的性能問題，如使 用 更 短 的 地 線， 或 找 到 輸 入 電 容 較 低 的 探 頭。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 在探頭尖端提供了 <4 pF 的輸入電容，而其它標配無源探頭產品提供的輸入電容≥ 9.5 pF。在這些泰克無源探頭中，用戶可以連接更長的地線，而不會因探頭輸入電容較高而導致信號劣化。圖 2 說明了泰克、力科和安捷倫標配無源探頭在連接長探頭地線時的階躍響應。

增加長探頭地線對性能的影響非常大。探頭的上升時間下降，輸入信號出現(xiàn)振鈴、過沖提高、幅度精度下降。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 使得用戶在觀察信號時可以方便地使用更長的探頭接地，而不會出現(xiàn)明顯損耗，如性能和精度下降。

圖 3. 探頭負載對標配無源電壓探頭的影響。

探頭負載

無源探頭在探頭尖端的輸入電容和輸入電阻指標非常重要，因為它影響著被測電路。在外部設備 ( 如探頭 ) 連接到測試點上時，它會表現(xiàn)為信號源從電路吸收的電流上產生額外的負載。這種負載或吸收的信號電流會改變測試點后面的電路操作，改變測試點上看到的信號。理想的探頭應該有無窮大的阻抗，但這是不可能的，因為探頭必須吸收一定少量的信號電流，以在示波器輸入上積累信號電壓。探頭將一直感應部分信號源負載，挑戰(zhàn)在于使其保持在盡可能低的水平。

問題最大的負載是由探頭尖端的電容引起的。對低頻，這種電容擁有非常高的電抗，對被測電路影響很小或沒有影響。在頻率提高時，電容電抗會下降，頻率越高，電容負載越高。通過降低帶寬，提高上升時間，電容負載會影響測量系統(tǒng)的帶寬和上升時間特點。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 提供的輸入電容明顯要低于現(xiàn)有的高阻抗通用無源探頭。這些探頭在探頭尖端的輸入電容 <4 pF，明顯低于非泰克探頭中提供的≥ 9.5 pF 的輸入電容。圖 3 是泰克 TPP1000 與力科和安捷倫標配無源探頭的探頭負載對比結果。

白色軌跡是輸入信號波形，其它軌跡顯示了在探頭連接到測試點上時參考波形的變化情況。要記住，這個圖中顯示的波形并不是探頭的輸出，而是顯示了探頭對測試點上的信號的影響。藍色軌跡顯示了 TPP1000 對源信號的負載影響最小，因為它與參考波形接近程度最高，對上升時間影響最小。非泰克探頭新增的輸入電容對性能和精度都有影響。如上所述，電容電抗在較高頻率上下降，電容負載的影響隨著頻率提高而加大。探頭電容越高，在更高頻率上的負載越大，這也就是為什么力科和安捷倫負載信號前面有一個圓角，前沿是方波高頻成分所在的位置。在探測更快速的信號時，非泰克探頭會更明顯地使源信號失真，降低測量精度。

圖 4. 低頻探頭補償

圖 5. 高頻探頭補償。

縮短設置時間

由于探頭和示波器輸入特點變化，通用無源探頭要求低頻補償。用戶可能并不知道要求低頻補償，可能會忘了這一規(guī)程，或者可能會放棄低頻補償，以節(jié)約時間。如圖 4 所示，必須使用調節(jié)工具補償探頭輸出，直到響應平坦化，如下面的“正確補償”實例所示。

除了在所有無源探頭上必需進行低頻補償及進行常見用戶調節(jié)外，一般還要求由制造商的服務部門執(zhí)行高頻補償。用戶一般不能接觸高頻補償調節(jié)點，可能要求用戶損壞補償盒外面的標簽才能接觸到這些點。這種補償還可能要求專用設備，如校準發(fā)生器和專用探頭適配器，才能進行必要的調節(jié)。高頻補償校正了直到前沿的畸變以及長期平坦度，如圖 5 所示。

圖 6. 自動低頻和高頻探頭補償。

在連接到兼容的泰克示波器時，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 能夠自動進行低頻和高頻補償。不管是低頻補償還是高頻補償，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 所需的時間都要低于手動調節(jié)標配無源探頭進行低頻補償所需的時間。在 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 中，當探頭第一次連接到一條通道上時，通過把探頭尖端和接地保持在示波器的 PROBE COMP 引腳上，然后選擇“Compensate Probe for ”，可以簡便地補償探頭。圖 6 是選擇實例。這一規(guī)程所需的時間不到 5 秒，在拆下和重連探頭時，補償結果存儲在示波器中。示波器能夠為每條通道存儲多只探頭的補償結果。

伸縮引腳

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 標配可更換硬尖端和伸縮引腳組件。伸縮引腳尖端裝有彈簧，引腳上的壓縮程度較少，可以建立良好的電氣接觸，因此用戶不必使勁按下探頭尖端。進行良好接觸要求的力是一個重要指標，這基于多種原因。第一，用戶在操作示波器時不必著重讓手保持正確位置。通過安裝伸縮引腳，探頭保持恒定的壓力，為用戶提供了一定的壓力回力，以保持良好接觸，在使用探頭觀察信號時要更加舒適。此外，在接觸不好或示波器上沒有出現(xiàn)預期信號時，用戶一般會在探頭上用更大的力氣往下按，這種加大的力氣可能會導致探頭無意中滑離測試點，無意中接觸相鄰信號，可能會損壞測試設備或被測器件。

總結：

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 徹底改變了無源探頭產品類別的性能水平，許多指標是這類產品中以前沒有實現(xiàn)的，把傳統(tǒng)無源探頭的劣勢轉化成了優(yōu)勢。這些探頭彌補了通用無源探頭與成本較高的有源探頭之間的空白，同時實現(xiàn)了無源探頭和有源探頭的最大優(yōu)勢：高性能，低成本，能夠測量數(shù)百伏的動態(tài)范圍，低輸入電容，堅固耐用，適合日常使用。

由于業(yè)內領先的無源探頭指標和自動補償功能， TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 降低了用戶的擁有總成本，為示波器投資增加了巨大的價值。

審核編輯 黃宇