示波器探头的关键技术指标分析

如果您不知道应该关注示波器探头的哪些关键技术指标，那么就不可能确定自己的需求。技术资料通常包含大量数字列表。哪些才是您需要关注的？

人们最熟悉的技术指标就是带宽。探头的带宽范围从直流一直到大约 30 GHz。对带宽的一个常见误解是以为带宽越大，可以看到的数据就越多。但事实并非总是如此。随着带宽的增加，许多关键技术指标都会发生变化，它们也是需要考虑的重要因素。

噪声在各个频率之间均匀分布。这意味着探头带宽越高，引入的频率越多，进入信号的噪声也越多。为了防止发生这种情况，您应该根据下一节中介绍的计算方法，只使用需要的带宽。而且，还需要借助更专业化的探头来测量更高频率。当然，这需要加大开发力度，才能为敏感元件创造出如此专业化但成本较高的产品。使用带宽超过需求的探头可能会带来额外的成本、工作量和噪声，这些要素可能会大大地影响您的测量结果。

各类探头都有优点和缺点，对于您所进行的特定测试，您需要选择更合适的探头。充分理解关键技术指标，理解其对您的意义，将使探头选型变得更加容易。我们认为，与其查看技术资料中那些冗长的技术指标列表，不如研究文档其余部分更重要。

如果使用的探头带宽不正确，那么您可能会遗失信号细节，或者为系统引入不必要的噪声。为了加深理解，我们先来讨论带宽的意义。探头带宽本质上就是 3 dB 点。3 dB 点是指探头输出相对于标称响应减少 3 dB 时的频率。

图 2. 3 dB 点的显示结果。

假设用 1:1 探头测量 1 Vpp 的低频正弦波。由于您使用的是 1:1 探头，因此进入示波器的探头输出将等于设备输入探头的实际信号。但是，如果继续增加此 1 Vpp 信号的频率，那么最终您将到达一个点，在该点上探头输出远远小于输入探头的实际信号。当您

看到示波器屏幕上的输出相对于 1 Vpp 输入降为 0.7 Vpp 时，那么就表示您到达了 3 dB 点，因为相对于其标称响应，输出减少了 3 dB。

图 3. 随着频率增加出现 3 dB 点的示例。

现在您已经了解了 3 dB 点理论，您可以利用它来改善测试。选择适合探头的第一步是了解信号的带宽。要确定信号带宽（BW），可以使用以下简单公式：如果我们测量的是 10％ 和 90％ 的阈值，则信号带宽等于上升时间除以 0.35。如果测量的是 20％ 和 80％ 的阈值，则信号带宽等于上升时间除以 0.22。

计算完信号带宽后，可根据以下两个经验选择探头带宽：

探头带宽应该比模拟应用中最快的正弦波频率高 3 倍

探头带宽应该比数字应用的最高数字时钟速率快 5 倍

根据这些快速计算方法，您可以大致确定何种探头带宽适合您的应用。随着上升时间加快，信号带宽随之增加，这意味着您需要带宽更高的探头。但请记住，带宽过高也会带来麻烦。

另一种考虑带宽的方法是以谐波为基础。一般而言，探头带宽越高，捕捉到的谐波越多，二者都会使信号精度稍有提高。如下面图 4 所示，原始信号为黄色迹线，一阶谐波为绿色迹线。您可以看到，它们具有相同的周期和占空比，但一阶谐波的上升沿明显较慢，并且拐角非常圆滑。蓝色迹线显示一阶和三阶谐波，其上升沿较快，角点变得更清晰。但在图像的底部，我们可以看到一阶、三阶和五阶谐波。其边沿平缓，拐角锐利，信号顶部和底部有很多细节。带宽越高，波形将显露出越多的细节。

图 4. 更高的带宽意味着更多谐波及更丰富的信号细节。

了解了上面的规律，我们来看一个用 100 MHz 探头测量 100 MHz 时钟的例子。完成这个测量后，您最终将会在屏幕上看到如图 5 所示的正弦波。因此，您无法得到准确的上升时间或任何真正的信号细节。这意味着您所做的任何测量都是不准确的，毫无意义。

图 5. 使用 100 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号。

但是，如果使用 500 MHz 探头测量相同的 100 MHz 信号，您就会有足够的带宽来捕获更多的谐波，从而得到更精确的信号表示。

图 6. 使用 500 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号。

由此可见，为您要处理的信号选择合适的探头带宽是多么重要。但带宽过高也不好，过犹不及。在确定多大带宽适合您的应用并选择正确的探头时，这些理论和快速计算方法可以帮助您不犯错误。

以上就是关于示波器探头的关键技术指标分析，如您使用中还有其他问题，欢迎登录西安普科电子科技.

审核编辑 黄宇