示波器探頭的對波形上升沿有哪些影響？

當你換懷疑你測試的信號是否是真實的信號波形的時候，應該從4個方面分析示波器對波形的劣化。

1.示波器探頭的對波形上升沿的影響

示波器測試的測試波形并不是實際波形，可能跟實際波形相差很大，而探頭在里面起到主要因素。因為它上面有很多寄生參數(shù)。

針對是串聯(lián)級聯(lián)的情況。而我們接觸的是探頭的帶寬這個參數(shù)。對于矩形波帶寬與上升沿有個轉(zhuǎn)換關(guān)系。

從公式上可以看出，用一個3倍是待測信號頻率帶寬的探頭，探頭的上升沿時間就已經(jīng)等于被測信號的上升沿時間了。

假設(shè)100mhz的信號，測試一個33m的矩形波。上升沿時間為30ns，但是經(jīng)過100m帶寬探頭示波器測試變成42ns。此時還沒有加上示波器本身的帶寬。

有些探頭的廠商標的是RMS帶寬,計算公式如下。

2 探頭接地環(huán)路的自感對波形的影響

示波器探頭等效電路圖

對于一般示波器探頭的接地線規(guī)格為awg24，接地環(huán)路為1*3in，電感大概是200nh，輸入電容10pf，時間常數(shù)

對于這種臨界阻尼電路，10%-90%上升沿時間是lc時間常數(shù)的3.4倍，也就是4.8ns。對于一個300mhz的探頭，上升沿時間為3.3ns，而3in的接地導線把上升沿時間劣化到4.8ns。

3 探頭對信號振鈴的影響

Q值的概念：存儲在電路中的總能量與每次震蕩消耗的能量之比。

Rs是信號源的內(nèi)阻。

Q對信號頻率響應的影響

后面尖峰越高表示q值越大，振鈴約嚴重，在阻抗匹配的概念中也存在一個振鈴，如果信號源的輸出阻抗跟走線阻抗不匹配也出現(xiàn)振鈴，這其實是描述同一個問題從不同的角度。本質(zhì)原因還是q值過大，引起的過阻尼震蕩。

另外如果信號的截止頻率要低于諧振頻率，即使q值很大（小于無窮大）或者說阻抗不匹配也不會引起問題。如果電路q值大而且信號速度快滿足這兩個條件，信號可能就出現(xiàn)問題。

對于矩形波信號

4接地環(huán)路測試到的串擾信號

a環(huán)路輸出信號和它的信號回流形成一個環(huán)路，根據(jù)右手螺旋定則形成變化的磁場是垂直于環(huán)路向外輻射，穿過示波器探頭和接地線形成的環(huán)路。

假設(shè)di/dt=1*10^7a/s.這也就是個開關(guān)電源開關(guān)電流1a，開關(guān)信號為10m。

根據(jù)圖示的假設(shè)計算兩個環(huán)路在空氣中的互感

這個電壓完全可以忽略，但是旁邊的干擾源如果是24bit的rgb信號，信號會相互疊加起來，就不小了，這不僅會影響測量信號其實也會同時影響電路上的其它信號，可能通過空氣也可能通過pcb介質(zhì)。其實在現(xiàn)在pcb設(shè)計中會使用鋪銅，就有效的減小了信號回流面積。

不過利用這個原理圖可以制作一個簡易的磁場檢測器，把示波器的接地的夾子夾住探頭就形成一個環(huán)路，變化的磁感線穿過這個環(huán)路就感應出變化的電流變化的電流跟環(huán)路上的寄生電感就形成變化的電壓。可以把地線夾子去掉串一個大的電感上去可以提高靈敏度。