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優(yōu)化示波器測(cè)量的技巧
2012-11-22
雖然進(jìn)行精確的高速示波器測(cè)量可能具有挑戰(zhàn)性，但是運(yùn)用一些簡(jiǎn)單提示和技巧可以顯著改善測(cè)量結(jié)果。本文收集了一些容易實(shí)施的方法，可以確保您的每次時(shí)域測(cè)量都能夠快速準(zhǔn)確地得到結(jié)果。盡管其中有些方法看上去很基本，然而令人感到驚訝的是，它們卻常常被人們忽略。
帶寬
為了精確地測(cè)量頻率響應(yīng)和快速上升沿，示波器和探頭必須具有足夠的帶寬。一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是示波器和探頭(探頭也有帶寬限制)的帶寬應(yīng)該是被測(cè)信號(hào)最高頻率的3~5倍。-3dB 帶寬衰減會(huì)引入30%的幅度測(cè)量誤差，因此示波器和探頭的帶寬越寬越好。
兼容性
有一種情況非常普遍，人們使用X公司生產(chǎn)的示波器卻配Y公司生產(chǎn)的探頭進(jìn)行測(cè)量。事實(shí)上，示波器和探頭并不總是可互換或可兼容的。最好的做法是使用同一家公司生產(chǎn)的示波器和探頭，從而排除任何潛在的沖突問(wèn)題。
校準(zhǔn)
在使用示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)最容易忽視的步驟之一是校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是一種簡(jiǎn)單易行的方法，可以確保您的每次測(cè)量都是從頭開始，不受上次測(cè)量的影響。在開始測(cè)量前應(yīng)該進(jìn)行手動(dòng)校準(zhǔn)，如果示波器帶有自校準(zhǔn)功能，您在測(cè)量前應(yīng)該運(yùn)行這個(gè)功能。欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償?shù)奶筋^會(huì)引入幅度、上升時(shí)間和被測(cè)信號(hào)波形失真測(cè)量的嚴(yán)重誤差。
探頭
為具體的測(cè)量任務(wù)選用合適的探頭總會(huì)得到最好的測(cè)量結(jié)果。通常，對(duì)于通用測(cè)量，10:1探頭就足夠了;但對(duì)于低幅度信號(hào)測(cè)量，您可能要考慮使用1:1 探頭。在進(jìn)行高速測(cè)量時(shí)，應(yīng)該著重考慮探頭電容。具有大電容值的探頭會(huì)減緩上升和下降沿，而且在檢測(cè)某些器件(例如高速運(yùn)放)的輸入或輸出端時(shí)，甚至?xí)疬@些器件產(chǎn)生振蕩。因此，測(cè)量高速電路的另外一點(diǎn)考慮是使用有源FET 探頭。有源探頭通常具有較低的觸點(diǎn)電容(通常為幾個(gè)pF)和極高的阻抗，因此有源探頭對(duì)任何被測(cè)節(jié)點(diǎn)都呈現(xiàn)極小的負(fù)載。
探頭接地
在進(jìn)行高速測(cè)量時(shí)，可能犯的最大錯(cuò)誤是使用探頭接地夾，造成示波器探頭問(wèn)題。使用接地夾相當(dāng)于在接地路徑中加入了一個(gè)串聯(lián)電感。這個(gè)串聯(lián)電感和探頭電容共同作用，就會(huì)引入振蕩和過(guò)沖。最好的接地連接方法是使用探頭內(nèi)部的接地屏蔽網(wǎng)，只是您得拆開探頭。不過(guò)，這不難做到。首先，從探頭探針上松開塑料外皮，把它從探頭上褪下。這時(shí)探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)就露出來(lái)了。然后，把接地夾從探頭上取下，就完成了?，F(xiàn)在可以進(jìn)行測(cè)量了，簡(jiǎn)單地測(cè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)接到最接近的被測(cè)電路接地點(diǎn)。這種方法可以排除任何串聯(lián)電感，幾乎消除了所有的振蕩和過(guò)沖。如果您找不到最接近的接地點(diǎn)，就將一段總線在示波器探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)上繞幾圈，然后再接地。您可以使用幾乎所有的小金屬物件來(lái)做接地連接，我使用過(guò)改錐、紙夾和鑷子。我最喜歡用的是鑷子，因?yàn)殍囎拥募舛丝梢源恋浇拥仄矫嫔?，也能插到PCB板的元件密集區(qū)域內(nèi)。
差分測(cè)量
在進(jìn)行時(shí)差或傳輸延遲的測(cè)量時(shí)，請(qǐng)確保使用的是同樣長(zhǎng)度的兩個(gè)探頭。電纜的傳輸延遲大約為1.5 ns/ft 。電纜長(zhǎng)度不一樣會(huì)給你帶來(lái)麻煩。例如，使用一根3 英尺和一根6 英尺長(zhǎng)的電纜示波器探頭測(cè)量傳輸延遲，電纜長(zhǎng)度差會(huì)造成大約 4.5 納秒(ns )的誤差，當(dāng)要分辨以1 ns為單位的測(cè)量時(shí)，這是相當(dāng)大的誤差。
盡管以上這些提示和示波器技巧單個(gè)看上去并不值得注意，但合在一起就能顯著提高測(cè)量的精確度。即使您在測(cè)量中只用了其中幾個(gè)方法但它們?nèi)阅艽_保您每次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室都能得到快速而可靠的測(cè)量結(jié)果。
帶寬
為了精確地測(cè)量頻率響應(yīng)和快速上升沿，示波器和探頭必須具有足夠的帶寬。一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是示波器和探頭(探頭也有帶寬限制)的帶寬應(yīng)該是被測(cè)信號(hào)最高頻率的3~5倍。-3dB 帶寬衰減會(huì)引入30%的幅度測(cè)量誤差，因此示波器和探頭的帶寬越寬越好。
兼容性
有一種情況非常普遍，人們使用X公司生產(chǎn)的示波器卻配Y公司生產(chǎn)的探頭進(jìn)行測(cè)量。事實(shí)上，示波器和探頭并不總是可互換或可兼容的。最好的做法是使用同一家公司生產(chǎn)的示波器和探頭，從而排除任何潛在的沖突問(wèn)題。
校準(zhǔn)
在使用示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)最容易忽視的步驟之一是校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是一種簡(jiǎn)單易行的方法，可以確保您的每次測(cè)量都是從頭開始，不受上次測(cè)量的影響。在開始測(cè)量前應(yīng)該進(jìn)行手動(dòng)校準(zhǔn)，如果示波器帶有自校準(zhǔn)功能，您在測(cè)量前應(yīng)該運(yùn)行這個(gè)功能。欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償?shù)奶筋^會(huì)引入幅度、上升時(shí)間和被測(cè)信號(hào)波形失真測(cè)量的嚴(yán)重誤差。
探頭
為具體的測(cè)量任務(wù)選用合適的探頭總會(huì)得到最好的測(cè)量結(jié)果。通常，對(duì)于通用測(cè)量，10:1探頭就足夠了;但對(duì)于低幅度信號(hào)測(cè)量，您可能要考慮使用1:1 探頭。在進(jìn)行高速測(cè)量時(shí)，應(yīng)該著重考慮探頭電容。具有大電容值的探頭會(huì)減緩上升和下降沿，而且在檢測(cè)某些器件(例如高速運(yùn)放)的輸入或輸出端時(shí)，甚至?xí)疬@些器件產(chǎn)生振蕩。因此，測(cè)量高速電路的另外一點(diǎn)考慮是使用有源FET 探頭。有源探頭通常具有較低的觸點(diǎn)電容(通常為幾個(gè)pF)和極高的阻抗，因此有源探頭對(duì)任何被測(cè)節(jié)點(diǎn)都呈現(xiàn)極小的負(fù)載。
探頭接地
在進(jìn)行高速測(cè)量時(shí)，可能犯的最大錯(cuò)誤是使用探頭接地夾，造成示波器探頭問(wèn)題。使用接地夾相當(dāng)于在接地路徑中加入了一個(gè)串聯(lián)電感。這個(gè)串聯(lián)電感和探頭電容共同作用，就會(huì)引入振蕩和過(guò)沖。最好的接地連接方法是使用探頭內(nèi)部的接地屏蔽網(wǎng)，只是您得拆開探頭。不過(guò)，這不難做到。首先，從探頭探針上松開塑料外皮，把它從探頭上褪下。這時(shí)探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)就露出來(lái)了。然后，把接地夾從探頭上取下，就完成了?，F(xiàn)在可以進(jìn)行測(cè)量了，簡(jiǎn)單地測(cè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)接到最接近的被測(cè)電路接地點(diǎn)。這種方法可以排除任何串聯(lián)電感，幾乎消除了所有的振蕩和過(guò)沖。如果您找不到最接近的接地點(diǎn)，就將一段總線在示波器探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)上繞幾圈，然后再接地。您可以使用幾乎所有的小金屬物件來(lái)做接地連接，我使用過(guò)改錐、紙夾和鑷子。我最喜歡用的是鑷子，因?yàn)殍囎拥募舛丝梢源恋浇拥仄矫嫔?，也能插到PCB板的元件密集區(qū)域內(nèi)。
差分測(cè)量
在進(jìn)行時(shí)差或傳輸延遲的測(cè)量時(shí)，請(qǐng)確保使用的是同樣長(zhǎng)度的兩個(gè)探頭。電纜的傳輸延遲大約為1.5 ns/ft 。電纜長(zhǎng)度不一樣會(huì)給你帶來(lái)麻煩。例如，使用一根3 英尺和一根6 英尺長(zhǎng)的電纜示波器探頭測(cè)量傳輸延遲，電纜長(zhǎng)度差會(huì)造成大約 4.5 納秒(ns )的誤差，當(dāng)要分辨以1 ns為單位的測(cè)量時(shí)，這是相當(dāng)大的誤差。
盡管以上這些提示和示波器技巧單個(gè)看上去并不值得注意，但合在一起就能顯著提高測(cè)量的精確度。即使您在測(cè)量中只用了其中幾個(gè)方法但它們?nèi)阅艽_保您每次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室都能得到快速而可靠的測(cè)量結(jié)果。
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