引言：
本文將介紹了泰克高帶寬、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(shè)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。
TPP1000、TPP0500B 和TPP0250 重新界定了無源探頭產(chǎn)品類別的性能，提供了這類產(chǎn)品以前沒有實現(xiàn)的技術(shù)指標。這些探頭設(shè)計用于泰克5 系列MSO 和MDO3000、MDO4000 和MSO/DPO5000 系列示波器。這種性能水平是通過結(jié)合使用示波器和探頭內(nèi)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(zhuǎn)化成優(yōu)勢。
本應(yīng)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(shè)置時間
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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*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(nèi)的無源探頭技術(shù)指標及自動低頻補償和高頻補償技術(shù)，TPP1000、TPP0500B、TPP0250 降低了用戶的擁有總成本，進一步提高了示波器的。
2
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(yīng)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？
低電容探頭zui大限度地降低對電路操作的影響
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(shè)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*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。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(chǎn)生很大的影響。大多數(shù)示波器用戶需要擁有階躍響應(yīng)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(jié)果。為正確顯示系統(tǒng)階躍響應(yīng)，應(yīng)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)*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(yīng)進行對比。泰克TPP1000的上升時間zui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zui強。
圖1. 泰克、力科和安捷倫標配無源電壓探頭的上升時間。
探頭的低輸入電容
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。短接地彈簧提供了良好性能，但接地可能不會一直位于彈簧的到達范圍內(nèi)。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(guān)，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(dǎo)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 在探頭提供了<4 pF 的輸入電容，而其它標配無源探頭產(chǎn)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(dǎo)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(yīng)。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2. 連接長地線的標配無源電壓探頭的上升時間。
探頭負載
無源探頭在探頭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(shè)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)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zui大的負載是由探頭的電容引起的。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(jié)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zui小，因為它與參考波形接近程度zui高，對上升時間影響zui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3. 探頭負載對標配無源電壓探頭的影響。
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縮短設(shè)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(diào)節(jié)工具補償探頭輸出，直到響應(yīng)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(diào)節(jié)外，一般還要求由制造商的服務(wù)部門執(zhí)行高頻補償。用戶一般不能接觸高頻補償調(diào)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設(shè)備，如校準發(fā)生器和探頭適配器，才能進行必要的調(diào)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4. 低頻探頭補償
圖5. 高頻探頭補償
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(diào)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*次連接到一條通道上時，通過把探頭和接地保持在示波器的PROBECOMP 引腳上，然后選擇“Compensate Probe for<channel number>”，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(jié)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(jié)果。
圖6. 自動低頻和高頻探頭補償
伸縮引腳
TPP1000、TPP0500B 和TPP0250 標配可更換硬和伸縮引腳組件。伸縮引腳裝有彈簧，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。進行良好接觸要求的力是一個重要指標，這基于多種原因。*，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(yù)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(dǎo)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(shè)備或被測器件。
總結(jié)：
TPP1000、TPP0500B 和TPP0250 *改變了無源探頭產(chǎn)品類別的性能水平，許多指標是這類產(chǎn)品中以前沒有實現(xiàn)的，把傳統(tǒng)無源探頭的劣勢轉(zhuǎn)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zui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(nèi)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。
