泰克低电容探头降低对电路操作的影响

本应用指南介绍了泰克高带宽、低电容无源电压探头 怎样降低示波器用户的总拥有成本、改善性能和测量 精度、节省用户设置时间。大多数示波器标配的无源 电压探头都提供了低成本通用探测解决方案。一般来 说，这些探头没有有源电压探头的性能，但坚固耐用、 动态范围宽，适合查看信号。

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 重新界定了无源 探头产品类别的性能，提供了这类产品以前没有实 现的技术指标。这些探头设计用于泰克 MDO3000、 MDO4000B、MSO/DPO4000B 和 MSO/DPO5000 系 列示波器。这种性能水平是通过结合使用示波器和探 头内部的电路来实现的。通过改善带宽、输入电容和 自动补偿探头，传统无源探头的劣势被转化成优势。

本应用指南将更详细地介绍： 

降低拥有成本

改善测量精度 

缩短设置时间

通用无源探头的优势在于坚固耐用，而不是性能。这 种矛盾长期以来一直未能得到解决，因为这些探头主 要用来观察低速信号。这种矛盾的存在，还源于研制 坚固耐用、高性能、能够测量几百伏特的探头面临着 重大的设计挑战。有源探头的带宽一般为 1 GHz 以 上，测量的电压低于 10 V（部分泰克探头可以高达 40 V），缺少无源探头的强健性。无源探头的带宽一 般在 500 MHz 或以下，测量几百伏的电压，坚固耐用。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 是唯一同时提供优 异性能、宽动态范围及日常使用所需的坚固性的探头。

带宽是示波器和探头的主要性能指标。带宽是衡量频 响的指标，示波器主要是时域仪器。示波器显示的数 据是幅度随时间变化图，频域中看上去很小的差异可 能会在时域中产生很大的影响。大多数示波器用户需 要拥有优秀阶跃响应的示波器和探头，因为它可以更 好地表明探头输出在示波器显示屏上的显示结果。为 正确显示系统阶跃响应，应在测量系统中注入快速干 净的阶跃信号。在评估探头上升时间时，要求信号的 边沿速率快于探头所能支持的边沿速率。看一下图中的截图，其比较了泰克 TPP1000 探头与力科和安 捷伦标配无源探头的上升时间。

每只探头都使用探头的短接地弹簧连接到相同的测试 夹具上，以实现最优性能。如上面的截图所示，上升 时间为 240 ps 的快速干净的阶跃信号被确立为参考 基准，与探头的阶跃响应进行对比。泰克 TPP1000 的上升时间最快 (443.6 ps)，波形幅度和形状与参考 基准相同，而过冲很小。TPP1000 无源探头捕获拥有 快速边沿速率的信号的能力最强。

探头尖端的低输入电容 由于标配无源探头主要用来观察信号，大多数用户会 把一条长探头地线连接到接地上。通过使用长地线， 可以更简便地在电路板周围，把探头移动到各个测试 点，而不必连接和重连接地。短接地弹簧提供了** 性能，但接地可能不会一直位于弹簧的到达范围内。 长地线长 6 英寸 ( 含 ) 以上，可以更简便地获得接地 连接，但长地线增加了电感，降低了性能。随着地线 长度提高，测量中增加的电感也会提高。电感和电容 与频率有关，在探头电感和电容提高时，探头性能会 下降。例如，连接 6 英寸地线的探头实现的性能和精 度都要高于连接 12 英寸地线的相同探头。

可以采用多种方案，解决地线导致的性能问题，如 使 用 更 短 的 地 线， 或找到输入电容较低的探头。TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 在探头尖端提供了<4 pF 的输入电容，而其它标配无源探头产品提供的输入电容≥ 9.5 pF。在这些泰克无源探头中，用户可以连接更长的地线，而不会因探头输入电容较高而导致信号劣化。图说明了泰克、力科和安捷伦标配无源探头在连接长探头地线时的阶跃响应。

增加长探头地线对性能的影响非常大。探头的上升时间下降，输入信号出现振铃、过冲提高、幅度精度下降。TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 使得用户在观察信号时可以方便地使用更长的探头接地，而不会出现明显损耗，如性能和精度下降。

探头负载

无源探头在探头尖端的输入电容和输入电阻指标非常 重要，因为它影响着被测电路。在外部设备 ( 如探头 ) 连接到测试点上时，它会表现为信号源从电路吸收的 电流上产生额外的负载。这种负载或吸收的信号电流 会改变测试点后面的电路操作，改变测试点上看到的 信号。理想的探头应该有无穷大的阻抗，但这是不可 能的，因为探头必须吸收一定少量的信号电流，以在 示波器输入上积累信号电压。探头将一直感应部分信 号源负载，挑战在于使其保持在尽可能低的水平。

问题最大的负载是由探头尖端的电容引起的。对低频， 这种电容拥有非常高的电抗，对被测电路影响很小或 没有影响。在频率提高时，电容电抗会下降，频率越 高，电容负载越高。通过降低带宽，提高上升时间， 电容负载会影响测量系统的带宽和上升时间特点。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 提供的输入电容明 显要低于现有的高阻抗通用无源探头。这些探头在探 头尖端的输入电容<4 pF，明显低于非泰克探头中提 供的≥ 9.5 pF 的输入电容。

白色轨迹是输入信号波形，其它轨迹显示了在探头连 接到测试点上时参考波形的变化情况。要记住，这个 图中显示的波形并不是探头的输出，而是显示了探头 对测试点上的信号的影响。蓝色轨迹显示了 TPP1000 对源信号的负载影响最小，因为它与参考波形接近程 度最高，对上升时间影响最小。非泰克探头新增的输 入电容对性能和精度都有影响。如上所述，电容电抗 在较高频率上下降，电容负载的影响随着频率提高而 加大。探头电容越高，在更高频率上的负载越大，这 也就是为什么力科和安捷伦负载信号前面有一个圆 角，前沿是方波高频成分所在的位置。在探测更快速 的信号时，非泰克探头会更明显地使源信号失真，降 低测量精度。

缩短设置时间

由于探头和示波器输入特点变化，通用无源探头要求 低频补偿。用户可能并不知道要求低频补偿，可能会 忘了这一规程，或者可能会放弃低频补偿，以节约时间。 如图所示，必须使用调节工具补偿探头输出，直到 响应平坦化，如下面的“正确补偿”实例所示。

除了在所有无源探头上必需进行低频补偿及进行常见 用户调节外，一般还要求由制造商的服务部门执行高 频补偿。用户一般不能接触高频补偿调节点，可能要 求用户损坏补偿盒外面的标签才能接触到这些点。这 种补偿还可能要求专用设备，如校准发生器和专用探 头适配器，才能进行必要的调节。高频补偿校正了直 到前沿的畸变以及长期平坦度，如图所示。

总结

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 彻底改变了无源探 头产品类别的性能水平，许多指标是这类产品中以前 没有实现的，把传统无源探头的劣势转化成了优势。 这些探头弥补了通用无源探头与成本较高的有源探头 之间的空白，同时实现了无源探头和有源探头的最大 优势：高性能，低成本，能够测量数百伏的动态范围， 低输入电容，坚固耐用，适合日常使用。

由于业内领先的无源探头指标和自动补偿功能， TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 降低了用户的拥有总成本，为示波器投资增加了巨大的价值。