高速无源探测——作者之间的矛盾还是不同的观点?

电器工程 示波器 电压测量 探测 无源元件
2022-01-16 19:24:15

在一份文件中,Hiscocks 等人。介绍了示波器探头理论的一些基础知识。该文件非常易于理解,并且看起来连贯。特别注意,对他来说,坏人是同轴电缆和示波器的并联电容,应该通过在探头尖端增加一个并联电容来补偿(因此,尖端的电容会增加)。

然后是d。smith用他的方法构建了一个 1 GHz 无源探头。首先,不完全清楚他为什么用 50 欧姆电阻端接探头:为了避免反射,探头的一侧(即示波器侧)用 50 欧姆电阻端接还不够吗?我想是为了杀死更多的反射。所以,就这样吧。但令我感到奇怪的是,他没有考虑电缆的电容,也没有考虑示波器的电容。特别是对他来说,不得不杀的野兽是尖端电容(所以他增加了电缆的并联电容),与上面文档中的 Hiscoks 完全相反。如果这个人是新手,我会说他不明白为什么他的探头工作,他实际上用铜箔增加了尖端的电容。但是,嘿!这个人是探测大师,在不同的期刊上发表了几篇文章。

现在是最好的,电子艺术,12.2 页。808:做高速无源探头?很简单:

...并通过将串联电阻器(我们喜欢 950 欧姆)连接到一段细长的 50 欧姆同轴电缆(我们喜欢 RG-178)上来制作自己的;您暂时将同轴屏蔽层焊接到附近的地面,将另一端插入示波器(设置为 50 欧姆输入),瞧——高速 20 x 探头!

如果我的理解是正确的,950 欧姆电阻与电缆的 50 欧姆特性阻抗组成一个 1:20 的电阻分压器(到目前为止还可以),但是探头补偿等呢?呃!

有人可以告诉我发生了什么吗?

3个回答

对于 100 MHz 和更慢的探头,所讨论的信号波长足够长,以至于电缆实际上不像传输线,并且探头尖端几乎直接“看到”示波器的输入阻抗。此外,探头阻抗和示波器输入阻抗与电缆特性阻抗不匹配。在这种情况下,电容确实是需要控制和补偿的主要因素。Hiscocks 等人对此进行了描述。文档。

在高频下,电缆就像传输线一样,探头尖端不会直接看到示波器的输入阻抗。相反,探头尖端会看到电缆的特性阻抗。通常对于高频探头,使用标准的 50 欧姆射频设计技术。一切都匹配到 50 欧姆 - 示波器输入和探头尖端。

至于d之间的区别。史密斯和电子艺术,他们基本上试图做或多或少相同的事情。d。smith 将并联电阻接地以形成分压器的一侧,从而产生约 40:1 的探头。该 50 ohm 电阻与 50 ohm 电缆并联,相当于 25 ohm 电阻。然后这与 976 欧姆串联电阻形成分压器。显然,他的探头的尖端电容足够高,需要额外的补偿才能获得平坦的频率响应。请注意,这个电阻器作为端接电阻器并不是真正需要的——假设线路的另一端(在示波器上)正确端接为 50 欧姆,那么应该没有反射回来的电缆可能会反射掉探头的阻抗不匹配。

电子设计艺术做同样的事情,但只使用电缆的特性阻抗作为分压器的一侧。结合一个 950 欧姆的串联电阻,这会产生一个 20:1 的探头。如果使用正确的电阻器,这可能在没有额外补偿的情况下“足够好”地工作到相当高的频率,但我认为如果在 950 欧姆电阻器和同轴电缆之间添加一个适当大小的电容器接地,你可以做得更好. 电子设计艺术的衰减也低于d。smith 设计,这可能使电容不匹配成为问题。总的来说,我认为电子设计艺术的真正目的是成为一种快速而简单的技术,可以很好地进行调试,但如果需要更高的准确性,可以改进。

事实上,Hiscocks 的文件非常清楚,探头串联电阻为 9 M,范围内接地电阻为 1 M。添加并联电容器,以便在高频时保持 10:1 的比率。这一切都说得通。

我相信这样制作的一个好的 10:1 探头可以实现高达 300 MHz 的带宽。

其他解决方案试图实现更高的 BW(带宽)。那么我们需要摆脱的第一个限制(与标准的 10:1 探头相比)是探头电缆。用于 10:1 探头的电缆是 BW 的限制因素。我们需要使用高带宽电缆,并且这些电缆几乎总是具有 50 欧姆的特性阻抗,例如 RG-178。为了能够使用该 BW,电缆长度必须在两侧以 50 欧姆端接。这使电缆成为传输线

D. Smith 和电子艺术都以这条传输线为基础。请注意,50 ohm 终端电阻通常位于示波​​器内部(您必须更改示波器上的设置),如果没有这样的设置,您必须以某种方式自己添加 50 ohm。

要耦合到该 50 ohm 传输线,两者都使用带有可选电容器的电阻器。电子艺术显然已经对他们获得的 BW 感到满意。请注意他们主要是如何谈论那些具有良好形状的数字信号!

此外,由于传输线在没有太多电容的情况下表现为 50 欧姆阻抗,因此您不会在输入端“看到”所有 RG-178 的电容。因此,您只需要在 950 欧姆电阻上使用一个非常小的电容即可获得适当的频率补偿。

当您的示波器具有 1 兆欧阻抗时,需要进行探头补偿

当示波器和电缆的阻抗匹配时,就没有什么可以补偿的了。电缆是传输线,电缆的电感抵消了其电容的影响。

大多数示波器没有 50 ohm 问题的原因是它给被测电路施加了很大的负载,并且需要注意不要仅仅通过连接探头而导致不希望的操作。使用高阻抗探头,您可以以较少的干扰探测电路。

史密斯端接了他的同轴电缆的两端,我不确定他从中得到了什么,然后需要补偿他的端接电容,我不确定他是否有任何收获。

电子艺术,经多位专家校对,广受好评