探頭測(cè)量結(jié)果的重要性

我們可以預(yù)測(cè)，如果用有接地引線的探頭去測(cè)量非常愉的來(lái)自低源端電阻信號(hào)源的信號(hào)，會(huì)觀察到人為的振鈴和過(guò)沖現(xiàn)象。

通過(guò)圖3.6和圖3.7，可以比較我們的判斷和實(shí)際的測(cè)量結(jié)果。這些實(shí)驗(yàn)采用電容極低的FET型探頭，額定為1.7PF并聯(lián)電容，其3DB帶寬為1GHZ，連接到數(shù)字示波器TEKTRONIX11403。圖3.6中信號(hào)源的源端電阻為25歐，3IN長(zhǎng)的接地引線。中間波形采用的是裸探頭直接接觸測(cè)量點(diǎn)，接地線長(zhǎng)度也是3IN長(zhǎng)的接地引線。中是的波形采用的是裸探頭直接接觸測(cè)量點(diǎn)，接地線長(zhǎng)度也是3IN。顯然，只拿掉探頭的塑料夾子產(chǎn)生的影響很小。這此掃描波形顯示，在25歐源端電阻情況下的過(guò)沖約為15%，而在5歐源端電阻情況下的過(guò)沖則高達(dá)29%。

圖示的振鈴周期在2~6NS之間。我們可以很快知道電路的時(shí)間常數(shù)：

由0.63NS的LC電路時(shí)間常數(shù)得到的振鈴周期為：

到目前為止，測(cè)量結(jié)果和理論幾乎一致。那么兩個(gè)圖例中最下方的波形是什么呢？為什么這個(gè)波形會(huì)更好呢？

兩個(gè)圖例最下方的波形為我們解決過(guò)沖問(wèn)題提供了很好的思路。在下方的波形測(cè)量中，我們把探頭的外塑料殼去除，把接地引線拿掉，使探頭外部的金屬屏蔽層以及探頭頂端完全正確裸露，然后用一個(gè)刀片將探頭外屏蔽層和被測(cè)電路的地直接相連，盡量靠近信號(hào)測(cè)量點(diǎn)。這使得實(shí)際的接地線自感非常小。采用這種直接連到地線的方法，25歐源端電阻和10歐源端電阻的掃描波形在過(guò)沖方面都得到了明顯的改善。

為什么探頭接地點(diǎn)靠近信號(hào)源會(huì)比較好呢？最主要的原因是從根本上減少了探頭組件的接地回路自感。減少了自感，則減少了探頭上升時(shí)間，見式（）和式（）還降低了Q值見式（）

地線自感必須小到何種程度才能夠保證低的Q值和較快的上升時(shí)間呢？可以用一個(gè)比較短的線來(lái)代替麻煩的刀片方式嗎？表3.1列出了測(cè)量TTL和ECL電路時(shí)各種接地環(huán)路自感值對(duì)應(yīng)的10~90上升時(shí)間和Q值。

對(duì)于10PF的探頭，要想使TTL電路上升時(shí)間為1NS時(shí)有比較小的過(guò)沖，必須使環(huán)路自感小于10NH，對(duì)于ECL電路而言，環(huán)路自感的要求更低。

為了減少環(huán)路自感，我們用一根較粗的接地引線替換圖3.4中的接地引線，如果原來(lái)的接地線是AWG24，那么現(xiàn)在我們?cè)囉肁WG18，這時(shí)導(dǎo)線的直徑擴(kuò)大了一倍。重新計(jì)算式（）可得到：

可以看出，作為線徑的函數(shù)，電感的變化有多么慢嗎？線徑擴(kuò)大一倍，而電感值的變化只有15%這個(gè)方程表明，作為線徑的函數(shù)，相對(duì)于線徑的變化，電感值是以對(duì)數(shù)形式緩慢變化的，為了讓電感有較大的改善（例如10倍）我們不得不增加線的直徑，直到導(dǎo)線粗到環(huán)路兩邊的導(dǎo)線都貼到一起。

另一方面，線的硬度與線的徑的立方成正比，它會(huì)隨著線徑的增加顯著增長(zhǎng)。硬件度和電感系數(shù)是互相制約的。通過(guò)增加線徑來(lái)解決探頭自感問(wèn)題的做法并不可行。

電感值與線的長(zhǎng)度和所圍成的環(huán)路面積基本成正比關(guān)系。通常用來(lái)解決電感問(wèn)題的方法包括減小線的長(zhǎng)度，或降低環(huán)路面積的大小，而并不是增大線徑。

表3.1表明，2PF的探頭比10PF的探頭有更好的上升時(shí)間，但當(dāng)測(cè)量低源端阻抗信號(hào)時(shí)，會(huì)遇到更高Q值的問(wèn)題。