在示波器測量領域，存在一種常見的錯誤認知：人們往往以為示波器測量的準確性僅僅取決于儀器本身的規(guī)格，例如屏幕上顯示的波形數(shù)量。然而，實際情況遠非如此簡單，測量準確性是一個復雜的概念，它與測量設置緊密相關(guān)，確切地說，取決于測量設置下被測信號完整性的保持程度。任何測量的有效性，最終都取決于在整個測量過程中信號完整性是否得以維持。

示波器要實現(xiàn)對信號的準確測量，必須借助探頭與被測電子電路相連。探頭在這個過程中扮演著不可或缺的角色，它的任務是確保抵達示波器的信號純凈、無失真，并且盡可能地接近電路中原本的信號。如果缺乏恰當?shù)男盘栒{(diào)節(jié)，即便示波器有著高分辨率，也可能得出誤導性的結(jié)果，進而削弱示波器在實際測量中的價值。

示波器的準確性：ADC分辨率并非唯一決定因素

示波器信號測量的準確度并非由某一個單獨的參數(shù)所決定。人們最常犯的錯誤就是將示波器的準確度與示波器ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的分辨率混為一談。誠然，更高的ADC分辨率意味著信號能夠以更多的離散級別來表示，但這一高分辨率并不能解決現(xiàn)實世界中的諸多問題，像噪聲、失真或者饋入ADC的信號路徑的質(zhì)量等問題。

為了獲取更高的測量準確性，有效位數(shù)(ENOB)通常會被采用。ENOB考慮到了噪聲、失真以及其他影響示波器前端測量鏈的缺陷。不過，測量鏈并非起始于示波器的連接器，而是從探測系統(tǒng)開始。要實現(xiàn)高ENOB，不僅需要性能良好的示波器，還要求整個探測系統(tǒng)具備出色的信號調(diào)節(jié)能力。在某些情形下，如果低分辨率的示波器配備了高質(zhì)量的探頭并且進行了適當?shù)男盘栒{(diào)節(jié)，相較于那些具有較高標稱ADC分辨率但信號調(diào)節(jié)較差的示波器，其測量結(jié)果可能會更準確。

實現(xiàn)準確測量的探頭的基本特性

要確保抵達示波器的信號盡可能少地受到衰減，必須考量兩個關(guān)鍵要素：探頭規(guī)格以及使用探頭的工程師的技能。不同類型的探頭具備不同的特性，而這些特性對于各類應用中的正確信號調(diào)節(jié)至關(guān)重要。

例如，無源探頭的重要性常常被人們低估。無源探頭用于在信號到達示波器之前對其進行衰減，從而防止前端超出輸入電壓限值。阻抗為1MΩ的無源探頭非常適合高阻抗電路，因為這種探頭在測量信號時產(chǎn)生的干擾極小。但無源探頭還需要具備極小的電容負載和寬帶寬，以與示波器的輸入帶寬相匹配。以泰克TPP1000無源探頭為例，它提供1GHz的帶寬以及小于4pF的電容負載，這有助于保持信號的完整性。

圖 1：探頭的額外電容會增加電阻值和電容值，從而增加測量的上升時間。

在高速數(shù)字信號應用中，無源探頭并非理想之選，因為它可能導致電路過載并限制信號帶寬。針對這種情況，帶有準確內(nèi)置放大器的有源探頭應運而生，這類探頭能夠為電路提供低阻抗負載并且保持信號保真度。在某些特定的應用場景中，例如寬禁帶技術(shù)支持的快速開關(guān)功率電子組件，要求實現(xiàn)最大可能的帶寬和電壓容量。

這個例子清晰地表明了“示波器 + 探頭”鏈相較于單純的示波器ADC分辨率更為重要的原因。實際上，在這些場景中，特別是在嘈雜的環(huán)境里，或者在處理淹沒于大共模噪聲中的小差分信號時，抑制噪聲和干擾的任務主要依靠探頭本身。泰克有源探頭具有低輸入電容和高輸入阻抗的特性，這意味著探頭對被測電路的負載影響極小，這對于保持信號的完整性極為關(guān)鍵，同時也確保了測量行為本身不會改變電路的運行狀態(tài)。在某些情況下，為了在寬帶寬內(nèi)實現(xiàn)共模抑制性能，需要進行電流隔離，就像利用寬禁帶新材料進行快速開關(guān)功率電子組件測試時那樣。

信號路徑和測量鏈

測量鏈的重要性并不局限于探頭本身。整個信號路徑(包括電纜、適配器和探頭尖端)在保持信號準確性方面都發(fā)揮著極為重要的作用。為了防止共模噪聲對信號造成扭曲，采用適當?shù)钠帘魏透綦x措施并且避免接地環(huán)路是非常必要的。

每一種特定的測量場景都需要一個精心設計的探測系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包括針對不同類型的測試點(例如細間距引線或測試墊片)進行優(yōu)化的合適的探頭尖端和附件。使用合適的探頭尖端能夠確保信號的捕獲質(zhì)量，避免引入額外的電阻、電容或電感，從而防止測量失真。

圖 2：從測試設備到示波器輸入的完整信號路徑。

圖 3：IsoVu 探頭可抑制共模干擾，真實呈現(xiàn)信號。

結(jié)論：信號調(diào)節(jié)有助于準確測量

盡管示波器分辨率是影響信號測量的一個重要因素，但絕不是唯一的考量因素。如果信號調(diào)節(jié)不善，導致信號在到達示波器之前就已經(jīng)受損，那么即便使用高分辨率的儀器，也會產(chǎn)生不準確的結(jié)果。通過使用高質(zhì)量的探頭進行適當?shù)男盘栒{(diào)節(jié)，可以確保將信號的完整性(包括其幅度、頻率和相位特性)從被測電路如實傳輸?shù)绞静ㄆ?，從而避免引入噪聲、失真或者負載效應，實現(xiàn)更可靠、更準確的測量。

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審核編輯 黃宇