優化示波器測量的技巧
2012-11-22
雖然進行精確的高速示波器測量可能具有挑戰性，但是運用一些簡單提示和技巧可以顯著改善測量結果。本文收集了一些容易實施的方法，可以確保您的每次時域測量都能夠快速準確地得到結果。盡管其中有些方法看上去很基本，然而令人感到驚訝的是，它們卻常常被人們忽略。
帶寬
為了精確地測量頻率響應和快速上升沿，示波器和探頭必須具有足夠的帶寬。一個好的經驗規則是示波器和探頭(探頭也有帶寬限制)的帶寬應該是被測信號最高頻率的3~5倍。-3dB 帶寬衰減會引入30%的幅度測量誤差，因此示波器和探頭的帶寬越寬越好。
兼容性
有一種情況非常普遍，人們使用X公司生產的示波器卻配Y公司生產的探頭進行測量。事實上，示波器和探頭并不總是可互換或可兼容的。最好的做法是使用同一家公司生產的示波器和探頭，從而排除任何潛在的沖突問題。
校準
在使用示波器進行測量時最容易忽視的步驟之一是校準。校準是一種簡單易行的方法，可以確保您的每次測量都是從頭開始，不受上次測量的影響。在開始測量前應該進行手動校準，如果示波器帶有自校準功能，您在測量前應該運行這個功能。欠補償或過補償的探頭會引入幅度、上升時間和被測信號波形失真測量的嚴重誤差。
探頭
為具體的測量任務選用合適的探頭總會得到最好的測量結果。通常，對于通用測量，10:1探頭就足夠了;但對于低幅度信號測量，您可能要考慮使用1:1 探頭。在進行高速測量時，應該著重考慮探頭電容。具有大電容值的探頭會減緩上升和下降沿，而且在檢測某些器件(例如高速運放)的輸入或輸出端時，甚至會引起這些器件產生振蕩。因此，測量高速電路的另外一點考慮是使用有源FET 探頭。有源探頭通常具有較低的觸點電容(通常為幾個pF)和極高的阻抗，因此有源探頭對任何被測節點都呈現極小的負載。
探頭接地
在進行高速測量時，可能犯的最大錯誤是使用探頭接地夾，造成示波器探頭問題。使用接地夾相當于在接地路徑中加入了一個串聯電感。這個串聯電感和探頭電容共同作用，就會引入振蕩和過沖。最好的接地連接方法是使用探頭內部的接地屏蔽網，只是您得拆開探頭。不過，這不難做到。首先，從探頭探針上松開塑料外皮，把它從探頭上褪下。這時探頭的金屬接地屏蔽網就露出來了。然后，把接地夾從探頭上取下，就完成了。現在可以進行測量了，簡單地測一個節點，將探頭的金屬接地屏蔽網接到最接近的被測電路接地點。這種方法可以排除任何串聯電感，幾乎消除了所有的振蕩和過沖。如果您找不到最接近的接地點，就將一段總線在示波器探頭的金屬接地屏蔽網上繞幾圈，然后再接地。您可以使用幾乎所有的小金屬物件來做接地連接，我使用過改錐、紙夾和鑷子。我最喜歡用的是鑷子，因為鑷子的尖端可以戳到接地平面上，也能插到PCB板的元件密集區域內。
差分測量
在進行時差或傳輸延遲的測量時，請確保使用的是同樣長度的兩個探頭。電纜的傳輸延遲大約為1.5 ns/ft 。電纜長度不一樣會給你帶來麻煩。例如，使用一根3 英尺和一根6 英尺長的電纜示波器探頭測量傳輸延遲，電纜長度差會造成大約 4.5 納秒(ns )的誤差，當要分辨以1 ns為單位的測量時，這是相當大的誤差。
盡管以上這些提示和示波器技巧單個看上去并不值得注意，但合在一起就能顯著提高測量的精確度。即使您在測量中只用了其中幾個方法但它們仍能確保您每次進入實驗室都能得到快速而可靠的測量結果。
帶寬
為了精確地測量頻率響應和快速上升沿，示波器和探頭必須具有足夠的帶寬。一個好的經驗規則是示波器和探頭(探頭也有帶寬限制)的帶寬應該是被測信號最高頻率的3~5倍。-3dB 帶寬衰減會引入30%的幅度測量誤差，因此示波器和探頭的帶寬越寬越好。
兼容性
有一種情況非常普遍，人們使用X公司生產的示波器卻配Y公司生產的探頭進行測量。事實上，示波器和探頭并不總是可互換或可兼容的。最好的做法是使用同一家公司生產的示波器和探頭，從而排除任何潛在的沖突問題。
校準
在使用示波器進行測量時最容易忽視的步驟之一是校準。校準是一種簡單易行的方法，可以確保您的每次測量都是從頭開始，不受上次測量的影響。在開始測量前應該進行手動校準，如果示波器帶有自校準功能，您在測量前應該運行這個功能。欠補償或過補償的探頭會引入幅度、上升時間和被測信號波形失真測量的嚴重誤差。
探頭
為具體的測量任務選用合適的探頭總會得到最好的測量結果。通常，對于通用測量，10:1探頭就足夠了;但對于低幅度信號測量，您可能要考慮使用1:1 探頭。在進行高速測量時，應該著重考慮探頭電容。具有大電容值的探頭會減緩上升和下降沿，而且在檢測某些器件(例如高速運放)的輸入或輸出端時，甚至會引起這些器件產生振蕩。因此，測量高速電路的另外一點考慮是使用有源FET 探頭。有源探頭通常具有較低的觸點電容(通常為幾個pF)和極高的阻抗，因此有源探頭對任何被測節點都呈現極小的負載。
探頭接地
在進行高速測量時，可能犯的最大錯誤是使用探頭接地夾，造成示波器探頭問題。使用接地夾相當于在接地路徑中加入了一個串聯電感。這個串聯電感和探頭電容共同作用，就會引入振蕩和過沖。最好的接地連接方法是使用探頭內部的接地屏蔽網，只是您得拆開探頭。不過，這不難做到。首先，從探頭探針上松開塑料外皮，把它從探頭上褪下。這時探頭的金屬接地屏蔽網就露出來了。然后，把接地夾從探頭上取下，就完成了。現在可以進行測量了，簡單地測一個節點，將探頭的金屬接地屏蔽網接到最接近的被測電路接地點。這種方法可以排除任何串聯電感，幾乎消除了所有的振蕩和過沖。如果您找不到最接近的接地點，就將一段總線在示波器探頭的金屬接地屏蔽網上繞幾圈，然后再接地。您可以使用幾乎所有的小金屬物件來做接地連接，我使用過改錐、紙夾和鑷子。我最喜歡用的是鑷子，因為鑷子的尖端可以戳到接地平面上，也能插到PCB板的元件密集區域內。
差分測量
在進行時差或傳輸延遲的測量時，請確保使用的是同樣長度的兩個探頭。電纜的傳輸延遲大約為1.5 ns/ft 。電纜長度不一樣會給你帶來麻煩。例如，使用一根3 英尺和一根6 英尺長的電纜示波器探頭測量傳輸延遲，電纜長度差會造成大約 4.5 納秒(ns )的誤差，當要分辨以1 ns為單位的測量時，這是相當大的誤差。
盡管以上這些提示和示波器技巧單個看上去并不值得注意，但合在一起就能顯著提高測量的精確度。即使您在測量中只用了其中幾個方法但它們仍能確保您每次進入實驗室都能得到快速而可靠的測量結果。
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