地線對示波器探頭的影響

在進(jìn)行參考接地的測量時，必需有兩條到被測電路或被測器件的連接。一條連接通過探頭完成，探頭傳感被測的其它參數(shù)的電壓。另一條必需的連接是通過示波器返回接地，連回到被測電路上。為完成測量電流通路，必需實(shí)現(xiàn)接地回路。

在被測電路和示波器插入同一個電源插座電路中時，電力電路的公共電位提供了一條接地回路。通過電源接地的這條信號回路一般是間接的，長度很長。結(jié)果，不能像干凈的低電感接地回路那樣依賴這條信號回路。

一般來說，在進(jìn)行任何類型的示波器測量時，應(yīng)使用最短的接地路徑。最終的接地系統(tǒng)是一個在線 ECB ( 蝕刻電路板 ) 到探頭頭部適配器，如圖 1所示。ECB適配器允許把探頭尖端直接插入電路測試點(diǎn)中，適配器的外桶應(yīng)與探頭頭部的接地環(huán)形成直接的、短的接地接觸。

圖1. ECB 到探頭頭部適配器

對關(guān)鍵幅度和定時測量，建議電路板設(shè)計中對已建立的測試點(diǎn)包括 ECB/ 探頭頭部適配器。這不僅清楚地表明測試點(diǎn)位置，而且保證了可以最好地連接測試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最可靠的示波器測量。

遺憾的是，ECB/ 探頭頭部適配器并不能適用于許多通用的測量環(huán)境。典型的測試方法是使用短地線夾到被測電路中的接地點(diǎn)上，而不是使用適配器。這要方便得多，因為您可以迅速在被測電路中點(diǎn)到點(diǎn)移動探頭。此外，大多數(shù)探頭制造商與探頭一起提供的短地線也為大多數(shù)測量環(huán)境提供了足夠的接地回路。

但是，最好了解不正確的接地可能導(dǎo)致的問題。為了解這一點(diǎn)，注意圖 2中所示的等效電路中有一個與地線相關(guān)的電感 (L)。這一地線電感會隨著導(dǎo)線長度提高而提高。

圖2. 連接到信號源上普通無源探頭的等效電路

另外，注意地線 L 和 Cin 形成了一條串聯(lián)諧振電路，其中只有 Rin 用于阻尼。在這一串聯(lián)諧振電路遇到脈沖時，它會振鈴。不僅會出現(xiàn)振鈴，而且地線 L 過高會限制到 Cin 的電荷電路，從而限制脈沖的上升時間。

如果不使用數(shù)學(xué)公式，在被快速脈沖激勵時，6 英寸地線的 11 pF 無源探頭會以 140 MHz 的頻率振鈴。在 100 MHz 示波器中，這個振鈴要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過示波器的帶寬，根本就看不到。但在使用速度更快的示波器時，如 200 MHz，地線感應(yīng)的振鈴很好地落在示波器的帶寬范圍內(nèi)，在脈沖的顯示屏中非常明顯。

如果在脈沖顯示屏上看到振鈴，應(yīng)試著縮短地線的長度。地線越短，電感越小，導(dǎo)致的振鈴頻率越高。如果在脈沖顯示屏上看到振鈴頻率變化，可以確定其與地線有關(guān)。進(jìn)一步縮短地線應(yīng)能夠把振鈴的頻率移動到示波器的帶寬之上，從而最大限度地降低其對測量的影響。如果在改變地線長度時振鈴沒有變化，那么振鈴可能會感應(yīng)到被測電路中。

圖3. 地線長度和放置可能會明顯影響測量

圖3進(jìn)一步說明了地線感應(yīng)的振鈴。在圖3a中，使用了匹配的示波器 / 探頭組合，來采集快速轉(zhuǎn)換。使用的地線是標(biāo)準(zhǔn)的 6.5 英寸探頭接地夾，它連接到測試點(diǎn)附近的公共電位上。

在圖3b中，采集了相同的脈沖轉(zhuǎn)換。但這次我們使用 28 英寸地線夾延長了探頭的標(biāo)準(zhǔn)地線。例如，可以使用這一延長的地線，而不必每次在大型系統(tǒng)中探測不同的點(diǎn)時都移動地線夾。遺憾的是，這種作法加長了接地環(huán)路，可以導(dǎo)致嚴(yán)重的振鈴，如圖3b所示。

圖3c說明了延長接地環(huán)路的其它變通方案的結(jié)果。在這種情況下，根本沒有連接探頭的地線，而是從示波器機(jī)箱共用的電路敷設(shè)了一條 28 英寸夾線。這產(chǎn)生了一條不同的、但明顯更長的接地環(huán)路，得到頻率更低的振鈴，如圖3c所示。

從圖3中的實(shí)例可以看出，接地方法明顯對測量質(zhì)量有著巨大的影響。具體地說，探頭地線必需盡可能短、盡可能直。

審核編輯 黃宇