如何校准x10示波器探头

1、如何校准 x10 示波器探头为了尽量减少对被测器件的容性负载，大多数探头使用一个X10 （也称为10:1 ）衰减器。我们往往可以对它进行校准或补偿，以提高频率响应。下面以 Pico 公司的 MI103 （250 MHz）的探头为例介绍的校准技术。这些校准方法可以应 用到任何可调的无源探头，但并不是这里介绍的所有的校准方法都是必须的。有两种补偿的类型：低频补偿和高频补偿。校准按键通常设置在探头的两 端，如图 1 所示。图 1： MI103 探头微调器位置低频补偿低频补偿（LFC 需要在 kHz 范围内调整 X10 探头的频率响应。低频补偿必须 在高频补偿（HFC 之前进行。图 2 显示了一个典型

2、的探头模型。Cp 是在放置在探头尖端的耗散电容。R1是一个 9MQ的串行电阻，用来隔离电缆电容和被测设备的输入。其组成示波器的 一个带有 1MQ输入阻抗的 10:1 Rscope 衰减器。图 2:示波器探头模型Ccompl 是一个可变电容，组成探头低频补偿的调整部分。Cp 是用来调整 R1和 Ccompl 的时间常数来匹配 Cscope Ccable 和 Rscope 设定的时间常数。实际 上，我们在高频段（100 kHz 以上）有一个直流电阻分压器和一个电容分压器。 Ccompl 置放在 MI103 探头的顶部实现微调，靠近衰减开关。Ccomp2 和 Rcomp 是用在探头的高频补偿（HFC

3、 部分，详细情况将在下一节讨论。最简单的对探头进行低频补偿的方法是输入一个相对边沿变化较慢的方波， 但重要的是，不能过冲。图 3 显示的是如何通过波形判断低频补偿是否合理。低频补偿过多，探头的 高频（HF 增益将会比它的低频（LF）增益高。低频补偿过少，高频增益将会低于 低频增益。T QO little图 3:低频补偿咼频补偿航.卄影响探头的高频率响应的两个不定因素：电缆阻抗以及示波器的输入阻抗。示波器的输入端通常不是一个理想的电容，它会带有一些串联电感使得电路不具有 非线性。图 4 显示了在示波器的输入端放置一个陶瓷芯片电容器时的典型特征。由于 电容的串联电感在存在，阻抗在它开始再次增加之前

4、会随着频率变化有一个微降的 过程。最低阻抗点的频率就是电抗和容性阻抗相等时的共振频率。图 4:陶瓷电容器特性由这张图我们可以看出，在甚高频（VHF 的情况下，示波器输入端并不是由 简单的一个电阻与一个电容并联组成，还需要进一步考虑PCB 复杂的非线性特征。高频示波器的输入阻抗由一个 1MQ 的接地电阻、耗散电容和电感组成。它们都有 与自Rfrqutr.cy. MHzM1;丄己的串联和并联的电感和电容元件，而这些往往在甚高频的情况下具有非线性 特性，这使得情况进一步复杂。为了补偿非线性，往往在高频探头的 BNC 俞入端嵌入一个非常小的电容和一 个串联电阻进行分流。这可以用在更高频率的任何非线性区

5、域，在的超过探头测试 范围也不会造成严重的过冲。Rcomp 和 Ccomp2 是探头的高频调谐元件。该电路是经常在 PCB 的 BNC 连接器 屏蔽的情况下使用，以尽量减少电缆和噪声拾取的影响。Pico公司的 MI103 探头 有两个这样的 RC 网络，每个都有自己的可调电阻。一个控制中频段，另一个控制 高频段。两者会互相协调以到获得更好的响应曲线。要进行高频探头补偿，必须输入一个边沿变化非常快的方波。该波形必须具有很少或没有过冲的快速边沿（比探头上升时间短 3X）。Pico 采用过冲不到 3% 的信号发生器和一个非常短暂的上升时间。同时，应考虑脉冲发生器的50Q端接器的电压驻波比，低端的端接

6、器可能造成额外的过冲。当调谐探头的时候，为了匹配探头对直接连接示波器输入的反应，应先观察示波器的脉冲响应。图 5 显示的是 Pico 公司的示波器 3206B （200 MHz）在没有连 接探头时的脉冲响应。它的输入脉冲有一个250 ps 的上升时间。图 5: Pico 示波器 3206B 没有探头时的脉冲响应注：测量小于 200 mV（ 2 V 范围内连接 X10 探头）的信号时必须使用调谐探 头，因为它可以提供最理想的脉冲响应。在 1GHz 左右出现轻微的过冲或振荡。主要是因为 PCB 勺耗散电感首先进入第一个放大器，以及放大器本身造成的轻微振荡图 6 显示了过偿和欠补偿时脉冲响应的情况。补偿的目的就是尽可能地使响应趋于平坦。调谐探头时应注意探头的上升时间。PicoScope 3206B 的探头MI103, 上升时间应约 1.4 ns。图 6 中，在 40 MHz的带宽上，探头欠补偿时的上 升时间为 10 ns。探头过补偿时的上升时间是约缓，在 100 MHz 至 300 MHz 范围内过增益。H4图 6:过补偿和欠补偿时探头 MI131 脉冲响应图 7 显示了一个理想的补偿探头。停止检测后发现，它的振荡和过