抑制示波器探头过冲和振铃现象的技术探讨
示波器探头作为示波器与被测电路之间的桥梁，其性能直接影响到测量结果的准确性。随着电路设计速度的不断提升，高频信号的测量变得愈发普遍，而示波器探头在高频信号测量中引入的过冲和振铃现象成为影响测量精度的关键因素。本文将深入探讨如何抑制示波器探头产生的过冲和振铃现象，确保测量结果的真实性和可靠性。
示波器探头的重要性与电路模型
示波器探头不仅是从被测电路中获取信号的关键器件，其自身也成为测量系统的一部分。探头中存在的分布电容和分布电感，在高频信号测量中会显著影响信号的频率特性，导致信号失真。从电路模型来看，示波器探头可以视为一个串联谐振电路，其阻抗模型如图3所示。当达到谐振频率点时，系统阻抗降低为最�。鸬缪沟木缌冶浠佣寤蛘窳逑窒�。
过冲与振铃的定义及�：�
过冲（Overshoot）
过冲是指信号在边沿转换时，第一个峰值或谷值超过设定电压的现象。对于上升沿，过冲表现为最高电压超过设定值；对于下降沿，则表现为最低电压低于设定值。过冲不仅影响信号的完整性，还可能对电路元器件造成损害，如引起保护二极管工作，导致过早失效。
振铃（Ringing）
振铃是紧随过冲发生的高频波动现象，表现为信号在过冲后跌落到低于稳态值，然后反弹到高于稳态值，并可能持续一段时间。振铃产生的电压波动可能多次跨越逻辑电平的电压阈值，造成接收端的误判，影响电路的正常工作。
抑制过冲和振铃的方法
1. 减小电感，提高谐振频率
根据谐振频率计算公式 f0=2πLC1，减小电感L可以提高谐振频率，使谐振频率移至示波器和探头带宽之外，从而减少对测量的影响。在实际操作中，可以通过减少测试引线和接地线长度来降低电感，因为每英寸电线都会产生高达25nH的电感。
2. 降低谐振强度Q
谐振强度Q是衡量谐振现象强弱的重要指标，Q越高表示谐振越强。根据Q的计算公式 Q=R2πfL，增大电阻R可以降低谐振强度。因此，在探头设计中引入阻尼电阻是一种有效的抑制过冲和振铃的方法。例如，是德科技的InfiniiMax系列探头就标配了前端阻尼电阻，以确保信号测试的真实性。
3. 使用阻尼附件技术
探头的阻尼附件提供了一种灵活的使用模型，可以在其规定带宽内维持低输入电容和电感以及平坦的频率响应。通过合理设计阻尼附件，可以进一步降低探头引入的谐振现象，提高测量精度。例如，Keysight的InfiniiMode N2750A有源差分探头系列、1156A-58A系列和InfiniiMax系列探头均采用了这种阻尼附件技术。
4. 优化探头连接与接地
探头连接方式和接地引线的长度对测量结果也有显著影响。长接地引线会增加电感，从而引入更多的谐振和振铃现象。因此，在实际测量中应尽量缩短接地引线长度，或使用弹簧接地引线等低电感连接方式。此外，对于单端探头，应将电阻放在信号引线上，并尽量保持接地引线短路；对于差分探头，则可将电阻器放置在引线尖上，并保持引线长度相同。
5. 使用双探头检查探头负载
为了评估探头对被测电路的负载效应，可以使用双探头检查方法。具体做法是：先将一个探针连接到电路上的一点，然后再将第二个探头连接到同一点。在理想状况下，应看到信号无任何变化。如果信号产生变化，则说明探头负载对测量结果产生了影响。此时，可以考虑调整探测方式或使用较低负载的探头。
示波器探头在高频信号测量中引入的过冲和振铃现象是影响测量精度的关键因素。通过减小电感、降低谐振强度Q、使用阻尼附件技术、优化探头连接与接地以及使用双探头检查探头负载等方法，可以有效抑制过冲和振铃现象，确保测量结果的真实性和可靠性。在实际应用中，应根据具体测量需求和探头特性选择合适的抑制方法，以提高测量精度和电路设计的可靠性。
关注官方微信
