本應(yīng)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(shè)置時間。大多數(shù)示波器標(biāo)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(biāo)。這些探頭設(shè)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(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(xì)地介紹： 

降低擁有成本

改善測量精度 

縮短設(shè)置時間

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(dá) 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。

帶寬是示波器和探頭的主要性能指標(biāo)。帶寬是衡量頻 響的指標(biāo)，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 要擁有優(yōu)秀階躍響應(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?？匆幌聢D中的截圖，其比較了泰克 TPP1000 探頭與力科和安 捷倫標(biāo)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(zhǔn)，與探頭的階躍響應(yīng)進(jìn)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(zhǔn)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。

探頭尖端的低輸入電容 由于標(biāo)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** 性能，但接地可能不會一直位于彈簧的到達(dá)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 在探頭尖端提供了<4 pF 的輸入電容，而其它標(biāo)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。圖說明了泰克、力科和安捷倫標(biāo)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。

探頭負(fù)載

無源探頭在探頭尖端的輸入電容和輸入電阻指標(biāo)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(fù)載。這種負(fù)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(fù)載，挑戰(zhàn)在于使其保持在盡可能低的水平。

問題最大的負(fù)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(fù)載越高。通過降低帶寬，提高上升時間， 電容負(fù)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。

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(lán)色軌跡顯示了 TPP1000 對源信號的負(fù)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(fù)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(fù)載越大，這 也就是為什么力科和安捷倫負(fù)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。

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(jìn)行低頻補償及進(jìn)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(biāo)簽才能接觸到這些點。這 種補償還可能要求專用設(shè)備，如校準(zhǔn)發(fā)生器和專用探 頭適配器，才能進(jìn)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，如圖所示。

總結(jié)

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 徹底改變了無源探 頭產(chǎn)品類別的性能水平，許多指標(biāo)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(nèi)領(lǐng)先的無源探頭指標(biāo)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。