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          如何校準(zhǔn)x10示波器探頭

          作者: 時(shí)間:2017-01-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          為了盡量減少對(duì)被測器件的容性負(fù)載,大多數(shù)探頭使用一個(gè)X10(也稱為10:1)衰減器。我們往往可以對(duì)它進(jìn)行校準(zhǔn)或補(bǔ)償,以提高頻率響應(yīng)。下面以Pico公司的MI103(250MHz)的探頭為例介紹的校準(zhǔn)技術(shù)。這些校準(zhǔn)方法可以應(yīng)用到任何可調(diào)的無源探頭,但并不是這里介紹的所有的校準(zhǔn)方法都是必須的。

          有兩種補(bǔ)償?shù)念愋停旱皖l補(bǔ)償和高頻補(bǔ)償。校準(zhǔn)按鍵通常設(shè)置在探頭的兩端,如圖1所示。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201701/336992.htm


          圖1:MI103探頭微調(diào)器位置

          低頻補(bǔ)償

          低頻補(bǔ)償(LFC)需要在kHz范圍內(nèi)調(diào)整X10探頭的頻率響應(yīng)。低頻補(bǔ)償必須在高頻補(bǔ)償(HFC)之前進(jìn)行。

          圖2顯示了一個(gè)典型的探頭模型。Cp是在放置在探頭尖端的耗散電容。R1是一個(gè)9MΩ的串行電阻,用來隔離電纜電容和被測設(shè)備的輸入。其組成示波器的一個(gè)帶有1MΩ輸入阻抗的10:1Rscope衰減器。

          圖2:示波器探頭模型

          Ccomp1是一個(gè)可變電容,組成探頭低頻補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整部分。Cp是用來調(diào)整R1和Ccomp1的時(shí)間常數(shù)來匹配Cscope、Ccable和Rscope設(shè)定的時(shí)間常數(shù)。實(shí)際上,我們?cè)诟哳l段(100 kHz以上)有一個(gè)直流電阻分壓器和一個(gè)電容分壓器。Ccomp1置放在MI103探頭的頂部實(shí)現(xiàn)微調(diào),靠近衰減開關(guān)。Ccomp2和Rcomp是用在探頭的高頻補(bǔ)償(HFC)部分,詳細(xì)情況將在下一節(jié)討論。

          最簡單的對(duì)探頭進(jìn)行低頻補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ禽斎胍粋€(gè)相對(duì)邊沿變化較慢的方波,但重要的是,不能過沖。

          圖3顯示的是如何通過波形判斷低頻補(bǔ)償是否合理。低頻補(bǔ)償過多,探頭的高頻(HF)增益將會(huì)比它的低頻(LF)增益高。低頻補(bǔ)償過少,高頻增益將會(huì)低于低頻增益。

          圖3:低頻補(bǔ)償

          高頻補(bǔ)償

          影響探頭的高頻率響應(yīng)的兩個(gè)不定因素:電纜阻抗以及示波器的輸入阻抗。示波器的輸入端通常不是一個(gè)理想的電容,它會(huì)帶有一些串聯(lián)電感使得電路不具有非線性。

          圖4顯示了在示波器的輸入端放置一個(gè)陶瓷芯片電容器時(shí)的典型特征。由于電容的串聯(lián)電感在存在,阻抗在它開始再次增加之前會(huì)隨著頻率變化有一個(gè)微降的過程。最低阻抗點(diǎn)的頻率就是電抗和容性阻抗相等時(shí)的共振頻率。

          圖4:陶瓷電容器特性

          由這張圖我們可以看出,在甚高頻(VHF)的情況下,示波器輸入端并不是由簡單的一個(gè)電阻與一個(gè)電容并聯(lián)組成,還需要進(jìn)一步考慮PCB復(fù)雜的非線性特征。高頻示波器的輸入阻抗由一個(gè)1MΩ的接地電阻、耗散電容和電感組成。它們都有與自己的串聯(lián)和并聯(lián)的電感和電容元件,而這些往往在甚高頻的情況下具有非線性特性,這使得情況進(jìn)一步復(fù)雜。

          為了補(bǔ)償非線性,往往在高頻探頭的BNC輸入端嵌入一個(gè)非常小的電容和一個(gè)串聯(lián)電阻進(jìn)行分流。這可以用在更高頻率的任何非線性區(qū)域,在的超過探頭測試范圍也不會(huì)造成嚴(yán)重的過沖。

          Rcomp和Ccomp2是探頭的高頻調(diào)諧元件。該電路是經(jīng)常在PCB的BNC連接器屏蔽的情況下使用,以盡量減少電纜和噪聲拾取的影響。Pico公司的MI103探頭有兩個(gè)這樣的RC網(wǎng)絡(luò),每個(gè)都有自己的可調(diào)電阻。一個(gè)控制中頻段,另一個(gè)控制高頻段。兩者會(huì)互相協(xié)調(diào)以到獲得更好的響應(yīng)曲線。

          要進(jìn)行高頻探頭補(bǔ)償,必須輸入一個(gè)邊沿變化非常快的方波。該波形必須具有很少或沒有過沖的快速邊沿(比探頭上升時(shí)間短3X)。Pico采用過沖不到3%的信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)非常短暫的上升時(shí)間。同時(shí),應(yīng)考慮脈沖發(fā)生器的50Ω端接器的電壓駐波比,低端的端接器可能造成額外的過沖。


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