没有优质探头，示波器 ADC 分辨率再高也无意义

作者：泰克科技

人们常有这样的误解，以为测量准确性只取决于仪器的规格，例如屏幕上显示的波形数量。然而，影响实际准确性的因素要复杂得多。准确性与测量设置密切相关，取决于测量设置保持的被测信号完整性。任何测量的有效性最终取决于整个测量过程中信号完整性的保持情况。

为了实现准确的信号测量，示波器必须通过探头连接到被测电子电路。探头发挥着重要作用，能够确保到达示波器的信号无杂质、不失真，且尽可能接近电路中流通的原始信号。如果没有适当的信号调节，即使是高分辨率示波器，也会产生误导性结果，从而降低示波器在实际测量场景中发挥的作用。

示波器准确性：ADC 分辨率不是唯一影响因素

影响示波器信号测量准确度的不是某一个参数。最常见的错误是，人们将示波器的准确度与示波器 ADC（模数转换器）的分辨率混为一谈。虽然更高的 ADC 分辨率意味着可以用更多的离散级别来表示信号，但高分辨率不能解决现实世界的问题，例如噪声、失真或馈入 ADC 的信号路径的质量。

为了获得更高的测量准确性，通常会使用有效位数 (ENOB)。ENOB 考虑噪声、失真和其他影响示波器前端测量链的缺陷。但测量链不是始于示波器连接器，而是探测系统。实现高 ENOB 不仅需要良好的示波器，还要求整个探测系统具有出色的信号调节功能。在某些情况下，如果低分辨率示波器配备高质量探头并进行适当信号调节，与具有较高标称 ADC 分辨率但信号调节较差的示波器相比，测量结果更准确。

实现准确测量的探头的基本特性

为了确保到达示波器的信号尽可能减少衰减，必须考虑两个关键因素：探头规格和使用探头的工程师的技能。不同类型的探头具有不同的特性，这些特性对于各种应用中的正确信号调节非常重要。

例如，人们常常低估无源探头的重要性。无源探头用于使信号在到达示波器之前衰减，从而避免前端超出输入电压限值。阻抗为 1 MΩ 的无源探头非常适合高阻抗电路，因为这类探头测量信号时的干扰极小。但无源探头还需要提供极小的电容负载和宽带宽，以与示波器的输入带宽保持一致。例如，泰克 TPP1000 无源探头提供 1 GHz 带宽，小于 4 pF 的电容负载，有助于保持信号完整性。


图 1：探头的额外电容会增加电阻值和电容值，从而增加测量的上升时间。

在高速数字信号应用中，无源探头并不是理想的选择，因为会导致电路过载并限制信号带宽。为此，我们提供带准确内置放大器的有源探头，这类探头也能为电路提供低阻抗负载并保持信号保真度。在某些情况下，应用要求实现最大可能的带宽和电压容量，例如宽禁带技术支持的快速开关功率电子组件。

该案例非常清楚地解释了为什么“示波器 + 探头”链比单纯的示波器 ADC 分辨率更重要。事实上，在这些场景中，在嘈杂的环境中或者在处理淹没于大共模噪声中的小差分信号时，主要依赖探头本身来抑制噪声和干扰。泰克有源探头具有低输入电容和高输入阻抗，这意味着探头对被测电路的负载影响极小。这一点非常重要，有助于保持信号的完整性，并确保测量本身不会改变电路的行为。在某些情况下，需要电流隔离才能在宽带宽内实现共模抑制性能，就像利用宽禁带新材料实现快速开关功率电子组件测试一样。

信号路径和测量链

测量链的重要性不只局限于探头本体。整个信号路径（包括电缆、适配器和探头尖端）在保持信号准确性方面发挥着非常重要的作用。要防止共模噪声扭曲信号，有必要使用适当的屏蔽和隔离措施以及避免接地环路。

每种特定的测量场景都需要一个精心设计的探测系统，包括针对不同类型的测试点（例如细间距引线或测试垫片）进行优化的适当探头尖端和附件。使用合适的探头尖端可确保信号捕获质量，避免引入额外的电阻、电容或电感，从而防止测量失真。


图 2：从测试设备到示波器输入的完整信号路径。


图 3：IsoVu 探头可抑制共模干扰，真实呈现信号。

结论：信号调节有助于准确测量

虽然示波器分辨率是影响信号测量的一个重要因素，但并不是唯一的考虑因素。如果信号调节不良导致信号在到达示波器之前受损，即使是高分辨率仪器也会产生不准确的结果。通过使用高质量探头进行适当的信号调节，可以确保将信号完整性（其幅度、频率和相位特性）从被测电路如实传输到示波器。这可以避免引入噪声、失真或负载效应，从而实现更可靠、更准确的测量。

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