在示波器测量领域，存在一种常见的错误认知：人们往往以为示波器测量的准确性仅仅取决于仪器本身的规格，例如屏幕上显示的波形数量。然而，实际情况远非如此简单，测量准确性是一个复杂的概念，它与测量设置紧密相关，确切地说，取决于测量设置下被测信号完整性的保持程度。任何测量的有效性，最终都取决于在整个测量过程中信号完整性是否得以维持。
示波器要实现对信号的准确测量，必须借助探头与被测电子电路相连。探头在这个过程中扮演着不可或缺的角色，它的任务是确保抵达示波器的信号纯净、无失真，并且尽可能地接近电路中原本的信号。如果缺乏恰当的信号调节，即便示波器有着高分辨率，也可能得出误导性的结果，进而削弱示波器在实际测量中的价值。
示波器的准确性：ADC分辨率并非唯一决定因素
示波器信号测量的准确度并非由某一个单独的参数所决定。人们最常犯的错误就是将示波器的准确度与示波器ADC(模数转换器)的分辨率混为一谈。诚然，更高的ADC分辨率意味着信号能够以更多的离散级别来表示，但这一高分辨率并不能解决现实世界中的诸多问题，像噪声、失真或者馈入ADC的信号路径的质量等问题。
为了获取更高的测量准确性，有效位数(ENOB)通常会被采用。ENOB考虑到了噪声、失真以及其他影响示波器前端测量链的缺陷。不过，测量链并非起始于示波器的连接器，而是从探测系统开始。要实现高ENOB，不仅需要性能良好的示波器，还要求整个探测系统具备出色的信号调节能力。在某些情形下，如果低分辨率的示波器配备了高质量的探头并且进行了适当的信号调节，相较于那些具有较高标称ADC分辨率但信号调节较差的示波器，其测量结果可能会更准确。
实现准确测量的探头的基本特性
要确保抵达示波器的信号尽可能少地受到衰减，必须考量两个关键要素：探头规格以及使用探头的工程师的技能。不同类型的探头具备不同的特性，而这些特性对于各类应用中的正确信号调节至关重要。
例如，无源探头的重要性常常被人们低估。无源探头用于在信号到达示波器之前对其进行衰减，从而防止前端超出输入电压限值。阻抗为1MΩ的无源探头非常适合高阻抗电路，因为这种探头在测量信号时产生的干扰极小。但无源探头还需要具备极小的电容负载和宽带宽，以与示波器的输入带宽相匹配。以泰克TPP1000无源探头为例，它提供1GHz的带宽以及小于4pF的电容负载，这有助于保持信号的完整性。
图 1：探头的额外电容会增加电阻值和电容值，从而增加测量的上升时间。
在高速数字信号应用中，无源探头并非理想之选，因为它可能导致电路过载并限制信号带宽。针对这种情况，带有准确内置放大器的有源探头应运而生，这类探头能够为电路提供低阻抗负载并且保持信号保真度。在某些特定的应用场景中，例如宽禁带技术支持的快速开关功率电子组件，要求实现最大可能的带宽和电压容量。
这个例子清晰地表明了“示波器 + 探头”链相较于单纯的示波器ADC分辨率更为重要的原因。实际上，在这些场景中，特别是在嘈杂的环境里，或者在处理淹没于大共模噪声中的小差分信号时，抑制噪声和干扰的任务主要依靠探头本身。泰克有源探头具有低输入电容和高输入阻抗的特性，这意味着探头对被测电路的负载影响极小，这对于保持信号的完整性极为关键，同时也确保了测量行为本身不会改变电路的运行状态。在某些情况下，为了在宽带宽内实现共模抑制性能，需要进行电流隔离，就像利用宽禁带新材料进行快速开关功率电子组件测试时那样。
信号路径和测量链
测量链的重要性并不局限于探头本身。整个信号路径(包括电缆、适配器和探头尖端)在保持信号准确性方面都发挥着极为重要的作用。为了防止共模噪声对信号造成扭曲，采用适当的屏蔽和隔离措施并且避免接地环路是非常必要的。
每一种特定的测量场景都需要一个精心设计的探测系统，这个系统包括针对不同类型的测试点(例如细间距引线或测试垫片)进行优化的合适的探头尖端和附件。使用合适的探头尖端能够确保信号的捕获质量，避免引入额外的电阻、电容或电感，从而防止测量失真。
图 2：从测试设备到示波器输入的完整信号路径。
图 3：IsoVu 探头可抑制共模干扰，真实呈现信号。
结论：信号调节有助于准确测量
尽管示波器分辨率是影响信号测量的一个重要因素，但绝不是唯一的考量因素。如果信号调节不善，导致信号在到达示波器之前就已经受损，那么即便使用高分辨率的仪器，也会产生不准确的结果。通过使用高质量的探头进行适当的信号调节，可以确保将信号的完整性(包括其幅度、频率和相位特性)从被测电路如实传输到示波器，从而避免引入噪声、失真或者负载效应，实现更可靠、更准确的测量。
以上内容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于打造仪器配附件一站式供应平台。主营范围：示波器测试附件配件的研发、生产、销售。涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、柔性电流探头、近场探头、电流互感器、射频测试线缆、各类仪器测试附件等。更多信息，欢迎登陆官方网站进行咨询：http://www.prbtek.cn返回搜狐，查看更多
责任编辑：