探头对被测电路的影响

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逻辑分析仪─从入门到精通讲座(20)探头对被测电路的影响
1.引言
示波器、逻辑分析仪探头的使用往往会改变被测电路的工作状态。

的确,我们都碰到过类似的情形:当用探头测试电路时,电路工作正常,而一旦将探头移开,电路的功能就会紊乱。

这是一种常见的现象,也正是我们要讨论的由示波器、逻辑分析仪探头引起的电路负载效应问题。

2. 探头频率-阻抗特性
任何类型探头的目标都是尽可能对系统提供最小的电负荷。

如果探头对系统性能的影响太大,那么探头将不能帮助设计人员检验系统,因为故障原因可能完全是由探头引起的。

隔离故障对有效检验故障非常重要,因此,设计人员必须能够预测探头对系统的影响,而不管其是可以忽略不计,还是占主导地位。

一般来说,示波器、逻辑分析仪的探头负荷模型如图1所示。

图 1 简化的逻辑分析仪探头负荷模型
在较低频率上,电阻器会主导探头阻抗,此时对目标的影响最小。

这是因为探头阻抗一般在100kΩ,而目标一般在50~75Ω。

两个阻抗并联,会产生最接近目标的阻抗。

常见探头在频率提高时,探头开始引入电容,其阻抗开始滚降。

一旦阻抗达到目标阻抗的数量级上,来自探头的反射会成为重要问题。

图2来自于《High-speed Digital Design——A Handbook of Black Magic》Figure 3.11 Probe input impedance。

从图可以知道:探头的并联电容越高,阻抗会越低。

在高频时,只有并联电容比较重要。

图 2 Probe input impedance
图3为广州致远电子有限公司研制的LA-Probe-E逻辑分析仪探头,由于其在探尖采用了独特的阻尼技术,即使在高频部分(大于100MHz)其输入阻抗也大于550Ω。

正是由于高频时仍具有如此大的输入阻抗(一般高频线缆定义阻抗Z0=50Ω。

普通示波器探头频率-阻抗特性如图2所示)使得LA-Probe-E逻辑分析仪探头具有及其优异的性能(图4)。

图 3 LA-Probe-E测量线
图 4 LA-Probe-E输入阻抗——频率特性曲线
3.测试测量方法
为了测试探头对被测电路的影响,采用图5所示的电路来测试。

实际采用校准仪(Fluke 5520A)+示波器(LeCroy WavePro 7100A)的方法来实现Scope TDT input。

图 5 TDT measurement schematic (LA_Probe_E)
被测试的探头包含LeCroy PP005A 带宽500MHz无源探头、ZLG LA_Probe_E测量线、LeCroy ZS1000有源探头。

各种探头性能参数如表1所示。

表 1 探头参数对照表
4.测试结果
从图6 三种探头测试结果对比(眼高)可以看出LA_Probe_E测量线对被测电路的影响优于目前广泛使用的高带宽无源示波器探头。

然而从表 1 探头参数对照表可以看出有源探头具有输入电容小的特点,对电路本身的影响也相对较小,这是以后高端仪器发展方向。

图 6 三种探头测试结果对比(眼高)
5. 总结
探头会在一定程度上影响被测电路。

LA_Probe_E 经过特殊设计,使得其性能比普通500MHz 无源探头性能都好很多。

在选择示波器逻辑分析仪时,探测系统对被测DUT 的影响也必须考虑进去,否则可能无法得到正确的测量结果。

空载时候的眼图
加入LeCroy PP005A
空载时候的眼图
加入LA_Probe_E
空载时候的眼图
加入LeCroy ZS1000
3V
2V。