探头做为示波器的“眼睛“,在信号测量中有着至关重要的作用;那么如何选择合适的探头就成为了一个工程师的必修课。

首先,探头的种类有很多,常用的探头有两大分类,分别是电压和电流;其中电压探头又分有源探头和无源探头;按电压等级分类可分为高压和低压探头,高压和低压中又分单端和差分探头……


理想的探头


绝对的信号保真度,没有信号源负载效应,高抗噪性。

理想的探头将不影响信号的测量

带宽无限

零输入电容

无穷大输入电阻

无限动态范围

衰减为1

零延时

零相移

机械尺寸与待测点十分吻合

但是实际上不存在这样的探头,可能一个带有S参数信息的低损耗的高频SMA线缆,经过在示波器里面的去嵌操作之后,可以差不多认为是一个理想的探头。

各类探头的特点


无源探头

优点:

1x(无衰减)

价格便宜

缺点:

端接:输入阻抗很低

非端接:非常高的反射;非常高的输入电容;低的带宽


高阻无源探头

优点:

高输入电阻

宽动态范围

价格便宜

坚固耐用

输入电容小于Cvs1XProbe

缺点:

高输入电容C

与50欧姆系统不兼容

必须经过补偿

应用:

低功率设备

维修

生产工程测试研发


有源探头

优点:

低输入电容

高带宽

高输入电阻R

适合50W或1MW

无须补偿

缺点:

造价较高

动态范围比较小

较易损

需要供电


高压差分探头

用于浮地信号测量

用于差分信号测量

电压量程与带宽成反比

属于有源探头的一种,需要供电

应用:

浮动测量

开关电源设计

电机驱动设计

电子镇流器设计

CRT显示设计

电源转换器的设计

服务动力装置评估


低压差分探头

一般用于低压高速信号的测量

带宽较高,量程较低

更高要求的连接方式

属于有源探头的一种,需要供电

应用:

高速数字系统设计

组件设计/描述

信号完整性,抖动和时序分析

机械工程与测试

测量3.0V逻辑,InfiniBand,PCIExpress,DDR,Rambus数据线,千兆以太网


电流探头

示波器测试电流最普遍,最常用的探头

测量量程与带宽成反比

AC/DC电流探头量程一般在2000A以内

AC电流探头量程或可达10000A以上

属于有源探头的一种,需要供电

应用:

电源

半导体设备

功率逆变器/转换器

电子镇流器

工业/消费电子产品

移动通信

马达驱动器

交通运输系统


高压单端探头

极高的输入阻抗,通常在几十,上百MΩ

针对对地的高压单端信号1000V,2500V,20000V

带宽相对较高,价格便宜

应用:

电源设计

设计电机拖动

电子镇流器

功率半导体

开关模式控制

UPS系统

功率整流器


低压单端探头

通常用于测量低于12V以地参考的高速信号。

通常具备很低的输入电容(0-1pF),对电路负载影响很小

带宽通常较高

应用:

检验、调试和表征高速设计

信号完整性、抖动和定时分析

制造工程和测试

信号电压摆幅最高8Vp-p


低噪声电源纹波探头

专门用于纹波测量的探头

低衰减倍数,低负载效应

高带宽,低动态范围

低噪声,高直流偏移

价格昂贵

应用:

探测汽车、工业和消费市场中芯片组的电源轨电压供电和控制功能

探测数字功率管理、内存和以太网连接能力

探测高频电源轨上的噪声源


光隔离探头

针对于三代半导体器件测试

同时具备高差分电压,高共模电压

高带宽,高共模抑制比等优点

应用:

使用SiC或GaN、FET或IGBT的半/全桥设计

浮动测量

功率转换器设计

电源设备评估

开关电源设计

逆变器设计

电机驱动设计

电子镇流器设计

EMI和ESD故障排除

电流并联测量


逻辑探头

提供多个通道的输入

只具备分辨高,低电平的能力

一般用于信号的协议解码分析


近场探头

精确定位磁场干扰源

电磁场强度检测

可以用于EMI


以上介绍的种种探头,均用于常规的电压,电流测量;但是当今的示波器趋向高度集成化,许多厂家将信号发生器,频谱仪,逻辑分析仪等功能模块集成到示波器内部,为了配合这些功能的使用,更多的探头将应用到示波器上;例如配合逻辑分析仪使用的逻辑探头,配合频谱仪使用的近场探头。