示波器探头对测量结果的影响分析

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1、万方数据2006年12月火控雷达技术第35卷文章编号：1008—8652(2006)04一043—003示波器探头对测量结果的影响分析郑小云(西安电子工程研究所西安710100)【摘要】用示波器和探头对信号进行测量，是对信号进行分析和采样的手段之一。随着被测信号频率的提高，示波器和探头构成的这个测量系统中存在的寄生参数将给被测波形引入很大的失真，如何选用合适的探头与示波器匹配，将测量误差减到最小，是必须解决的问题，只有深刻理解了这些寄生参数对测量波形的影响，在测试中才可以采用适当的防范步骤，保证

2、最大的测量精度。关键词：示波器；探头；失真中图分类号：TN98文献标识码：AAnalysisofOscilloscOpeProbeEffectonMeasurementZhengXiaoyun(X?’口，2EZ口cf，‘o行ifE，29i，2egri以gRPs掣以，‘c^，，2sfif“￡P，X?’以，z，710100)Abstract：Measuringsignalswithanoscilloscopeanditsprobesisoneofsignalanalyzingandsamplingm

3、eans．Asincrementofsignalfrequencytobemeasured，thespuriousparametersexistinginthemeasuringsystemcomposedbytheoscilloscopeahdprobewillintroduceseriousdistortionforthemeasuredwaveform．Howtoselectasuitableprobematchedwiththeosc订10scopesoastominimizetheme

4、asurementerrorisaproblemneededtobesolved．Ifweunderstandhowthesespuriousparametersaffectthemeasurementwaveform，canwetakesuitablemeasuresinmeasuringsoastoensurethemaximummeasurementaccuracy．Keywords：oscilloscope；probe；distortion引言用示波器测量信号时，选择适当探头是精确测量的

5、第一步，探头的带宽对信号的影响很大。测量时，示波器和探头一起构成了一个测量系统，该系统的显示输出波形实际上是系统的瞬态响应，它代表了电压和时间之间的关系。从理论上讲，若示波器／探头系统具有无限大的带宽，那么它的瞬态响应将是输入脉冲的精确翻版。但是实际上示波器和探头不可能具有无限的带宽，所以显示出的瞬态响应总是输入脉冲的的畸变波形。另外，测量系统能提供很宽的幅度范围也很重要，它可以保证以最小的失真放大脉冲或方波信号。一般情况下，任何仪器仪表的瞬态响应所需要的上升到特定电平的时间反比于其带宽，上升时

6、间一般定义为从波形稳态值的10％上升到90％处所需要的时阍。为了保证测试精度，示波器／探头系统的上升时间应比被测脉冲的上升时间快3到5倍。下列公式用于大概估计系统的上升时间及带宽：系统上升时间=(蜉示渡器+f‰头)0’5系统带宽=o．35／系统上升时间=o．35／(￡练波器+f‰头)“5*收稿日期：2006一08—1443万方数据2006年12月火控雷达技术第35卷其中‘咏渡器一示波器的上升时间锄头=探头的上升时间例如，SDA3000I(3．oGHz带宽)示波器的上升时间约为120ps，P615

7、8低容探头的上升时间约为100ps，把这些值代人上述方程，系统的上升时间约为156ps，等效于系统带宽为2．24GHz。这样，为了保证测量精度，被测脉冲的最大上升时间应不小于468ps(比测量系统的上升时间慢三倍)。源频率和测试系统的带宽按照以下关系影响被测波形的幅度：当l：1时，幅度衰减41％；当l：2时，衰减12％；当1：3时，衰减5％；当1：5时，衰减仅为2％。2影响因素分析2．1源阻抗一旦探头带宽与示波器相匹配，被测设备(DUT)的源阻抗也应该与探头的输入阻抗匹配。包含有高速元器件的电路

8、板在不同的测试点有不同的源阻抗。例如，当具有1kn输入阻抗的P1658探头与一个由5V信号驱动的10kQ负载相连时，被测波形被严重衰减，幅度只有500mV，大约衰减了20dB。探头阻抗与负载连接的直流等效电路如图1。当信号源处的源电压为5V时，负载电流计算如下：了=图1探头阻抗与负载连接的直流等效电路_，=y／R=5／(尺源+尺探头+尺示波器)一5／1l—O．46mA因此，10kQ源阻抗的电压降为：y=?XR=0．46×10—4．6(V)被测脉冲的幅度为400mV，与无负载状态相比，这大约衰减了