【導讀】人們常有這樣的誤解，以為測量準確性只取決于儀器的規格，例如屏幕上顯示的波形數量。然而，影響實(shí)際準確性的因素要復雜得多。準確性與測量設置密切相關(guān)，取決于測量設置保持的被測信號完整性。任何測量的有效性最終取決于整個(gè)測量過(guò)程中信號完整性的保持情況。
人們常有這樣的誤解，以為測量準確性只取決于儀器的規格，例如屏幕上顯示的波形數量。然而，影響實(shí)際準確性的因素要復雜得多。準確性與測量設置密切相關(guān)，取決于測量設置保持的被測信號完整性。任何測量的有效性最終取決于整個(gè)測量過(guò)程中信號完整性的保持情況。
為了實(shí)現準確的信號測量，示波器必須通過(guò)探頭連接到被測電子電路。探頭發(fā)揮著(zhù)重要作用，能夠確保到達示波器的信號無(wú)雜質(zhì)、不失真，且盡可能接近電路中流通的原始信號。如果沒(méi)有適當的信號調節，即使是高分辨率示波器，也會(huì )產(chǎn)生誤導性結果，從而降低示波器在實(shí)際測量場(chǎng)景中發(fā)揮的作用。
示波器準確性：ADC 分辨率不是唯一影響因素
影響示波器信號測量準確度的不是某一個(gè)參數。最常見(jiàn)的錯誤是，人們將示波器的準確度與示波器 ADC（模數轉換器）的分辨率混為一談。雖然更高的 ADC 分辨率意味著(zhù)可以用更多的離散級別來(lái)表示信號，但高分辨率不能解決現實(shí)世界的問(wèn)題，例如噪聲、失真或饋入 ADC 的信號路徑的質(zhì)量。
為了獲得更高的測量準確性，通常會(huì )使用有效位數 (ENOB)。ENOB 考慮噪聲、失真和其他影響示波器前端測量鏈的缺陷。但測量鏈不是始于示波器連接器，而是探測系統。實(shí)現高 ENOB 不僅需要良好的示波器，還要求整個(gè)探測系統具有出色的信號調節功能。在某些情況下，如果低分辨率示波器配備高質(zhì)量探頭并進(jìn)行適當信號調節，與具有較高標稱(chēng) ADC 分辨率但信號調節較差的示波器相比，測量結果更準確。
實(shí)現準確測量的探頭的基本特性
為了確保到達示波器的信號盡可能減少衰減，必須考慮兩個(gè)關(guān)鍵因素：探頭規格和使用探頭的工程師的技能。不同類(lèi)型的探頭具有不同的特性，這些特性對于各種應用中的正確信號調節非常重要。
例如，人們常常低估無(wú)源探頭的重要性。無(wú)源探頭用于使信號在到達示波器之前衰減，從而避免前端超出輸入電壓限值。阻抗為 1 MΩ 的無(wú)源探頭非常適合高阻抗電路，因為這類(lèi)探頭測量信號時(shí)的干擾極小。但無(wú)源探頭還需要提供極小的電容負載和寬帶寬，以與示波器的輸入帶寬保持一致。例如，泰克 TPP1000 無(wú)源探頭提供 1 GHz 帶寬，小于 4 pF 的電容負載，有助于保持信號完整性。
圖 1：探頭的額外電容會(huì )增加電阻值和電容值，從而增加測量的上升時(shí)間。
在高速數字信號應用中，無(wú)源探頭并不是理想的選擇，因為會(huì )導致電路過(guò)載并限制信號帶寬。為此，我們提供帶準確內置放大器的有源探頭，這類(lèi)探頭也能為電路提供低阻抗負載并保持信號保真度。在某些情況下，應用要求實(shí)現最大可能的帶寬和電壓容量，例如寬禁帶技術(shù)支持的快速開(kāi)關(guān)功率電子組件。
該案例非常清楚地解釋了為什么“示波器 + 探頭”鏈比單純的示波器 ADC 分辨率更重要。事實(shí)上，在這些場(chǎng)景中，在嘈雜的環(huán)境中或者在處理淹沒(méi)于大共模噪聲中的小差分信號時(shí)，主要依賴(lài)探頭本身來(lái)抑制噪聲和干擾。泰克有源探頭具有低輸入電容和高輸入阻抗，這意味著(zhù)探頭對被測電路的負載影響極小。這一點(diǎn)非常重要，有助于保持信號的完整性，并確保測量本身不會(huì )改變電路的行為。在某些情況下，需要電流隔離才能在寬帶寬內實(shí)現共模抑制性能，就像利用寬禁帶新材料實(shí)現快速開(kāi)關(guān)功率電子組件測試一樣。
信號路徑和測量鏈
測量鏈的重要性不只局限于探頭本體。整個(gè)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發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用。要防止共模噪聲扭曲信號，有必要使用適當的屏蔽和隔離措施以及避免接地環(huán)路。
每種特定的測量場(chǎng)景都需要一個(gè)精心設計的探測系統，包括針對不同類(lèi)型的測試點(diǎn)（例如細間距引線(xiàn)或測試墊片）進(jìn)行優(yōu)化的適當探頭尖端和附件。使用合適的探頭尖端可確保信號捕獲質(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(shí)呈現信號。
結論：信號調節有助于準確測量
雖然示波器分辨率是影響信號測量的一個(gè)重要因素，但并不是唯一的考慮因素。如果信號調節不良導致信號在到達示波器之前受損，即使是高分辨率儀器也會(huì )產(chǎn)生不準確的結果。通過(guò)使用高質(zhì)量探頭進(jìn)行適當的信號調節，可以確保將信號完整性（其幅度、頻率和相位特性）從被測電路如實(shí)傳輸到示波器。這可以避免引入噪聲、失真或負載效應，從而實(shí)現更可靠、更準確的測量。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
基于GPU器件行為的創(chuàng )新分布式功能安全機制為智能駕駛保駕護航
IGBT 脈沖測量方法的優(yōu)點(diǎn)?正確選擇脈沖測量
分享一個(gè)低功耗設計思路，適合90%的視覺(jué)系統工程師
“深化德國技術(shù)精髓，深耕中國市場(chǎng)”——上海國際嵌入式展暨大會(huì )論文征集啟動(dòng)
