示波器由于存在探针而扩大了应用程序的范围，因此示波器可以测试和分析在线测试的电子电路，如下图所示：

图1示波器探针的功能

选择和使用探针需要如下考虑：

首先：由于探针具有负载效应，因此探针将直接影响测得的信号和测量电路。

第二：探针是整个示波器测量系统的一部分，该系统将直接影响仪器的信号保真度和测试结果。

1。探针的负载效应

当探针检测到正在测试的电路时，探针将成为测试电路的一部分。探针的负载效果包括以下3个部分：

1。电阻载荷效应；

2。电容载荷效应；

3。电感载荷效应。

图2探针的负载效果

电阻载荷等同于与测试电路并行连接的电阻器，该电阻在测试的信号上具有电压分离器，影响了正在测试的信号的幅度和直流偏置。有时，当添加探针时，有故障的电路可能会正常。通常，探针r> 10倍的电阻建议测量的源电阻，以保持幅度误差小于10％。

图3中的探针的电阻载荷

电容载荷等同于与测量电路并行连接的电容器，该电池过滤了测得的信号，影响测量信号的上升和下降时间，影响传输延迟并影响传输互连通道的带宽。有时，当添加探针时，故障电路变为正常，并且该电容效应起着关键作用。通常建议使用具有最小电容载荷的探针来减少对所测量信号边缘的影响。

图4探针的电容负载

电感载荷来自探针接地的电感效应，该探针与电容和电阻载荷产生共鸣，从而在显示的信号上响起。如果显示的信号上有明显的响铃，则有必要检查它是测量信号的真实特征还是接地线引起的振铃。检查和确认的方法是使用最短的接地线。通常建议使用最短的接地线，并且通用接地线电感= 1NH/mm。

图5探针的电感载荷

2。探测类型

示波器探针的主要方面可以分为两类：被动探针和主动探针。名称所暗示的被动活动是探测是否需要供电。

被动探针被细分如下：

1。低电阻电压分隔探针；

2。补偿高电阻被动探针（最常用的被动探针）；

3。高压探头

主动探针被细分如下：

1。单端活动探针；

2。差分探针；

3。当前探针

最常用的高阻力被动探针和主动探针是简单的比较，例如：

表1活动探针和被动探针的比较

低电阻电压分隔器探头的电容负载较低（1.5GHz）和较低的价格，但是电阻载荷非常大，通常仅或仅适用于测试低源阻抗的电路，或仅关注的电路时间参数测试。 。

图6低输入电阻探针结构

补偿高电阻的被动探针是最常用的被动探针，示波器的探针标准都是这样的探针。具有补偿的高电阻被动探针具有较高的输入电阻（通常或更高），可调节的补偿电容器匹配示波器输入，具有高动态范围，并且可以测试更大的振幅信号（多数以上幅度超过数十个）。 ），价格也很低。但是我不知道的是，输入电容太大（通常高于10pf），并且带宽很低（通常在内）。

图7常用的被动探针结构

带补偿的高电阻被动探针具有补偿电容器。当连接到示波器时，通常需要电容值（您需要使用探针中包含的小螺丝刀进行调整。调整后，将探针连接到示波器补偿输出测试位置）。与示波器输入电容器匹配，以消除低频或高频增益。下图的左侧显示有高频或低频增益，并且调整后的补偿信号显示波形显示在下图的右侧。

图8被动探针补偿

高压探针是带有补偿的被动探针，可增加输入电阻并增加衰减（例如：100：1或1000：1等）。由于需要高压抗性组件，因此高压探针通常在物理上更大。

图9高压探头的结构

3。主动探针

首先，让我们观察使用被动探针和1.5GHz主动探针测试1NS上升时间步骤信号的效果。使用脉冲发生器生成1NS步骤信号。通过测试固定装置后，使用SMA电缆直接连接到带宽为1.5GHz的示波器。这将在示波器上显示波形（下图中的蓝色信号）。波形存储为参考波形。然后使用探针点测试固定装置来检测测得的信号。由于探针负载的影响，通过SMA直接连接的波形变成了黄波形，并且探针通道显示绿色波形。然后分别测试上升时间，并且可以看到被动探针和主动探针对高速信号的影响。

图10被动探针和主动探针对测量信号和测量结果的影响

具体测试结果如下：

使用被动探针，使用鳄鱼嘴接地线：受探针负载的影响，上升时间变为：1.9NS；探针通道中显示的波形正在响起，上升时间为：1.85ns;

使用1.5GHz主动探针并使用5cm接地线：受探针负载的影响较小，上升时间仍然是：1NS；探针通道显示的波形与原始信号一致，而上升时间仍然是：1NS。

单端活动探针的结构图如下所示，使用放大器实现阻抗转换的目的。单端活动探针的输入阻抗较高（通常以上），而输入电容较小（通常小于1pf）。通过探针放大器连接到示波器后，示波器必须使用输入阻抗。主动探针带宽很宽（现在可以达到），而负载很小，但价格相对较高（通常每个探针达到具有相同带宽的示波器价格的10％），动态范围很小（需要注意这一点，因为它超过了探针的动态范围。

图11主动探针结构

差分探针的结构图如下所示，使用差分放大器实现阻抗转换的目的。差分探针的输入阻抗较高（通常以上），而输入电容较小（通常小于1pf）。通过差分探针放大器连接到示波器后，示波器必须使用输入阻抗。差分探针带宽非常宽（现在可以达到），负载很小，并且具有高公共模式排斥比，但价格相对较高（通常每个探针达到示波器价格的约10％具有相同的带宽），并且动态范围也很小（这需要注意，因为超过探针的动态范围的信号无法正确测试。通常，动态范围约为3V），这是相对脆弱的，您需要使用时要小心。

差分探针适用于测试高速差异信号（在测试过程中不需要接地），并且适用于放大器测试，电源测试和虚拟地面测试。

图12差分探针结构

当前的探针也是一种有源探针，它使用霍尔传感器和感应线圈来测量直流和交流电流。电流探针将电流信号转换为电压信号，示波器收集电压信号，然后将其显示为电流信号。当前的探针可以测试从数十毫安到数百个安培的电流。使用时，有必要抽出电流线（当前探针是将电线夹在中间进行测试，并且不会影响被测试的电路）。

测试直流和低频AC时，当前探针如何工作：

当电流夹具闭合并在中心周围包围电流的导体时，将出现磁场。这些磁场会偏转霍尔传感器中的电子，在霍尔传感器的输出处产生电动力。电流探针根据该电动力产生反向（补偿）电流，并将其发送到电流探头的线圈，以便电流夹中的磁场为零以防止饱和。当前探针根据反向电流测量实际电流值。使用这种方法，可以非常线性地测量包括AC-DC混合电流在内的大电流。

图13测试直流和低频测试时电流探针的工作方式

测试高频时，当前的探针如何工作：

随着当前频率的增加，霍尔效应逐渐减弱。当测量没有直流分子的高频AC电流时，电流探针的大多数线圈直接由磁场的强度诱导。目前，探针就像当前的变压器。电流探针直接测量诱导的电流，而不是补偿电流。放大器的输出为线圈提供了低阻抗的接地环。

图14测试高频电流探针时如何工作

当前探测如何越过区域：

当电流探针在高频和低频交叉区域运行时，通过霍尔传感器实现了一部分测量，另一部分是通过线圈实现的。

图15电流探针的横截面区域的工作原理

4。活动探测器配件

现代的高带宽活动探针都采用了单独的设计方法，即探针放大器与探针配件分开。以这种方式设计的好处是：

1。支持更多的探针配件，以使检测更加灵活；

2。保护投资，最昂贵的是探针放大器（一个探针放大器可以支持多种检测方法，这些检测方法过去需要几个探针才能实施）；同时，探针配件保护探针放大器（即使探测器损坏，价格相对便宜）；

3。这种设计方法很容易获得高带宽。

图16探测器配件

这些探针配件主要包括以下内容：

1。点探针附件（包括：单端点测量和差分测量）；

2。焊接探针配件（包括：单端焊接和差速器焊接，单独的ZIF焊接）；

3。杰克探测器配件；

4。差分SMA探针附件（示波器通常直接支持SMA连接，但是如果需要将测量的信号拔起，例如HDMI，则必须使用SMA探针附件）。

探针附件的电路结构如下图所示：

1。在探头附件的尖端（一般）上将有一对阻尼电阻。该阻尼电阻器的功能是消除探针附件尖端电感的谐振影响；

2。探针尖端后面的电阻是电阻。该电阻确定探针的输入阻抗（DC输入阻抗是电阻：单端，差异）。该电阻使得能量传输到非常小的测量信号的探针放大器部分。它不会对测量信号产生重大影响。

3。电阻后的同轴传输线，该线路负责将小信号传输到放大器。该传输线的长度可能很长或很短。您可以在中间添加衰减器或耦合电容器。

4。同轴传输线连接到放大器，并匹配放大器（差异匹配）。

图17主动探针附件的结构

为了保持探针的准确性，主动探针需要在恒定温度下进行操作，因此探针放大器不能放在高温和低温盒中，以在高温和低温环境下测试电路板。从探针附件结构中，您可以看到中间的传输线的长度不会影响检测，因此您可以使用很长的同轴电缆或扩展的同轴电缆，以使同轴电缆延伸到高高和高高和低温盒，用于高温和低温替换为测量电路。董事会测试。下图是使用焊接探针配件的延长电缆可以在-55°至150°的温度范围内运行。

图18高温和低温探针的结构原理

使用膨胀电缆和探测器配件，使用探针放大器，以下图显示了-55°和150°环境中的频率响应曲线，可以看出可以满足高速信号测试的要求。

图19高温和低温下高温和低温探针的频率响应

5。验证和配件准确性的验证

下图是一个示例：测量的信号是一个频率和边缘时间约为65PS的时钟信号，分别使用不同类型的探针和探针附件。

图A是使用的差分探针和焊接探针附着的测试结果，它几乎完全重现了测量的信号。

图B是所使用的被动探针的测试结果，显示的信号完全扭曲。

图C是差分探针和更长的测试引线的测试结果，并且显示的信号具有较大的过冲。

图D是使用4GHz单端探针和更长的测试引线的测试结果。该信号几乎是正弦的，并且具有较大的失真。

图20不同探针配件的测试结果比较

从数字可以看出，探针和探测器对测试准确性具有很大的影响，这是我们在测试高速信号时应注意的关键因素之一。那么，我们应该如何验证探针和探测器？

验证探针和探测器配件使用脉冲模式发生器（例如：3。速率，60ps Edge脉冲模式发生器）。如果示波器具有高速信号输出功能，则还可以使用示波器的此辅助输出端口。而不是脉冲模式发生器（例如：示波器的AUX向外端口可以发送高速时钟：频率，约65PS边缘）。此外，需要使用同轴电缆和测试固定装置（示波器中配置的探针校准固定装置可以用作探针和探针附件以验证测试固定装置）。测试固定装置的表面为接地（），并且内部接线为信号（），如下图所示。在使用时，将一端连接到脉冲模式发生器或辅助输出辅助通过同轴电缆将示波器端口输出，另一端通过适配器连接到示波器的通道1。

图21探针验证固定装置

然后将经过验证的探针连接到通道2，探针可以通过探针附件接触测试固定装置的信号和地面（如果是差分探头，然后将 +端连接到测试固定装置的信号线和 - 通过探针附件到测试固定装置（如果是差分探头，请将 +端连接到测试固定装置（如果是差分探头，然后将 +端连接到测试固定装置，然后将 - 端连接到测试固定装置（在地面上）。

1。如果探针未接触信号线，则将在屏幕上出现原始波形，以作为参考波形存储；

2。使用探针检测信号线时，通道1的波形将发生变化。更改的波形是受探针和探针附件影响后测量的信号。

3。此时，波形将出现在连接探针的通道2中，这是由探针测试的波形；

4。通过比较参考波形，通道1的波形以及连接探针的通道2的波形，您可以直观地看到或读取三个通过测试参数之间的差异，并验证探针和探针的影响探针配件。

图22探针验证连接和原理

下图是实际验证的一个示例。图A通过同轴电缆将示波器中的AUX连接到测试固定装置，并且测试固定装置的另一端通过SMA-PBNC适配器连接到示波器的一个通道（此示例连接到通道3），与通道3相连），，与示波器连接。将探针连接到通道1，然后在屏幕上调整波形，以便出现边缘步骤波形，如图C所示，并将此波形保存为参考波形。如图B所示，经过验证的探针和附件点在测试固定装置上测量。如图D所示，屏幕上显示了3个波形。蓝色是参考波形，绿色是受探针影响的测量波形，黄色是黄色的波形是测量的波形。它是探针显示的波形。通过测试上升时间参数，过冲参数等，可以确认探针和探测器的性能。

图23探针验证示例

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