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你知道如何正確使用無源探頭嗎?(二)

發布時間: 2019/12/11   瀏覽次數:49    作者:云帆興燁

只要信號路徑和返回路徑分開接觸DUT,則總會有一些前端環路電感,當源阻抗低時,Q可能會很高,可能會產生人為的振鈴。解決此問題的另一種方法是在探頭前端增加一個串聯阻尼電阻,下面我首先分析增加串聯阻尼電阻的優缺點。即使在無源探頭前端串聯一個9MΩ的電阻,也很容易忘記它上面有一個9.5 pF的電容,在100 MHz時,9.5 pF電容的阻抗僅為250Ω
阻尼電阻的值應足夠大以提供約1Q,但又不能太大以至于響應時間過大,當Q1時,串聯電阻應為:

使用串聯阻尼電阻可以減小Q,但同時也會減小帶寬并提高示波器可以測量到的最短上升時間,當帶寬為100 MHz時,可以測量到的最短上升時間約為3.5 ns。圖1顯示了一個示例,在測量5 V開關電源時,10x探頭前端增加220Ω串聯電阻,這略高于臨界阻尼電阻,因此傳遞函數中不會出現峰值或瞬態響應中不會出現振鈴。等效的傳遞函數表明,-3dB帶寬大約為100 MHz,這表示可以測量到的最短上升時間為3.5 ns


1220Ω串聯阻尼電阻可減少傳遞函數中的尖峰并消除人為振鈴,但會稍微增加上升時間

最小化10x無源探頭的前端電感很重要,在測量低阻抗電源軌時,任何前端電感都可能引起人為的振鈴,在前端增加一個大約200歐姆的串聯電阻會減少這種誤差,但也會將探頭的帶寬降低到100 MHz或更低。如果您的電源軌測試應用需要高于100 MHz的帶寬,請考慮使用諸如力科RP4030有源電源軌探頭之類的探頭,該探頭沒有此限制。


力科專用的電源軌測量探頭RP4030

減小前端環路電感的常用方法

為了減小10x無源探頭的前端環路電感,建議使用通常標配的兩個適配器:BNC適配器和PCB適配器。大的前端環路電感將降低10x探頭的性能,盡可能降低前端回路電感始終很重要,每個探頭通常附帶兩個適配器,以減少前端環路電感。對于地線,最壞的情況是使用提供的3英寸接地線,更好一點的選擇是使用小的彈簧地線,最好的是同軸適配器(圖3)。盡可能使用同軸連接到電路板或DUT,這樣可以減少前端電感,減少RF噪聲拾取,并為10x探頭提供最高帶寬。當無法使用同軸連接DUT時,請使用探頭上的短彈簧地線。當無法使用短彈簧地線時,請注意,探頭將工作在有限的帶寬下,對RF拾取更為敏感,并且在測量上升時間較短的信號時可能會出現振鈴現象。左側顯示了用于將10x探頭連接到DUT的三種連接方式,右邊是它們相應的傳遞函數

RF拾取和前端環路電感

探頭中信號路徑和返回路徑的任何分隔都會有效地形成天線,因此,較大的前端環路電感意味著更高的RF靈敏度,當在可能具有較大近場輻射發射的板上探測信號時(例如,開關電源),很難將板上實際測量的電壓與與拾取R相關噪聲區分開。測量環境噪聲的一種方法是使用第二個10x探頭,其前端短接在一起,專門用作拾波線圈。當放置在測量導體上電壓的10x探針附近時,可以粗略地測量局部RF噪聲。圖4顯示了兩個測量信號,一個在電源軌上,另一個是本地RF拾取。

這些波形顯示了來自本地環境的RF拾取的相對幅度和形狀以及在電源軌上測得的電壓值得注意的是,需要電路板在近場有很大的噪聲,頻率為100 MHz信號的波長為10英尺,這意味著距離電路板幾英寸內的所有測量都是屬于近場測量。但是,近場發射很強并不意味著遠場發射也很強,許多近場源會隨著距離迅速下降。當射頻拾取信號占導體上測得電壓的很大一部分時,請小心將測到的電壓解釋為真實信號,可能只是RF拾取噪聲,與DUT上的實際電壓無關。解決射頻拾取問題的方法是使用同軸從10x探頭連接到DUT,同軸性質的連接將對射頻拾取的靈敏度降至最低。許多10x無源探頭套件都包含同軸PCB適配器,適配器可以在以100 mil為中心的測試點上焊接到PCB中,并提供從板上的焊盤到10x探針的同軸連接。圖5顯示了使用該適配器的示例及其對降低該導軌上的RF拾取噪聲的影響。使用同軸PCB適配器的10x探頭大大減少了射頻噪聲拾取的數量。

總結

10x無源探頭是用于許多常規測量的主力探頭,當測量的最小信號變化>100mv時,它的最佳應用場景是帶寬<100 MHz和電壓范圍小于400 V的信號。在此范圍之外,必須特別注意執行可靠,準確的測量。


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