我希望與您分享從我多年的出差經驗中與 1000 多名示波器用戶的交流中所獲得的一點心得。如果您想要提升自己使用示波器技能,閱讀此文將會增進您對示波器的瞭解,而不會像我訪問的很多示波器用戶一樣對示波器了解不深入。我們不是要對他們進行評判,他們當時已經根據自己的知識水準做到了最好,每個人都會犯錯或可以做得更好——我也不例外。每當我向這些使用者指出他們的錯誤和解決辦法,他們的反應通常都一樣——“天呐,太對了,”一幅恍然大悟的表情。
        我所說的這些用戶都犯了同一個錯誤。為了完成測量任務,他們花費了大量寶貴的時間和金錢選購最好的示波器,再配備上高品質的探棒。有時,他們使用的是示波器標配的優質被動探棒,但有時,他們也會花大價錢購置華而不實的主動探棒(明智之舉是升級到主動探棒,有關這個問題的詳細說明請見另一篇已發佈的貼文)。接下來才是問題的關鍵,他們將一大串附件連接到探棒末端。或許這看上去無關緊要,例如連接非常方便的長接地線,或者是外觀非常實用的紅色長輸入線――使探棒可以很容易地連接到抓取器,抓取器再夾在電路板上的部件上。但最後的結果都是相同的,螢幕上的訊號“看起來很糟糕”或他們正在測試的設備開始表現異常。這時,他們常常會攔住我說,“嘿,你們設計的這款探棒,現在不能正常運作了。”

最薄弱的環節
       這些使用者遇到的情況正是我所說的“最薄弱的環節”。典型的示波器測量有三個環節——示波器、探棒以及到待測物的物理連接。您可能花大錢購買了最好的示波器和探棒,但是為了更容易地連接到待測物,您可能在探棒一端使用了極長的引線,這樣測量系統的性能就會受到該引線性能的限制。連接附件是最薄弱的環節。它們將會限制測量頻寬,並會對待測物增加過大的負載效應。
       我們可以把這些過長的連接附件當成是與探棒串聯的電感器。由於電感器的阻抗增加與頻率成正比,如果它們連接到探棒的訊號引腳,它們就會限制通過探棒的訊號的頻寬。此外,由於長連接附件與探棒輸入之間存在阻抗失配,緣連接線前進的訊號將會形成反射,並顯示在示波器上。如果那個特別長的接地引線連接至探棒,也會出現類似結果。受流經電纜遮罩層的接地回路電流的影響,長接地會生成更高阻抗的路徑。這也會限制探棒的頻寬。此外,因長接地引線的感應而產生的阻抗可能也會在目標接地與探針接地點之間形成電勢差,從而造成測量誤差和較差的共模抑制。如果這還不算糟糕,那麼這些特別長的連接附件還可能起到天線的作用,從周圍環境中接收雜訊,並將雜訊耦合到您的測量中。最後就是負載。這些與電路接觸的長引線現在已成為您電路的一部分,它們的寄生電容和電感會改變電路的特性。我們將此稱為探棒負載。

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越短越好
      在這點上,我也常常聽到這樣的問題“如果那些連接附件‘有害無益’,您為何還要在探棒上配備呢?”我們配備這些附件是為了提供方便。我們用它們來進行定性測量,例如“這就是時脈切換嗎?”,那就是“匯流排上的資料嗎”,“是否在 5V 以上”。它們可以非常方便地環繞在電路周圍,快速檢查功能。如果您想進行定量測量,例如測量上升時間、過沖、雜訊電位等,我們建議您拆除這些方便的附件,儘量使用最短連接。也就是穿孔線,越短越好。
        請看下面的實例。我拿出自己精選的 2 GHz 主動探棒,並採用三種不同的測量配置:使用長線連接到抓取器、僅用長線、使用短輸入引腳和接地連接。注意,隨著探棒前端附件長度的縮短,頻寬逐漸增加。順便說一句,為了讓您更容易進行測量,我們在產品手冊中公佈了這些頻寬限制。
 

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       注意,隨著附件連接長度的縮短,探棒負載(探棒的實際存在會改變電路的功能方式)將會如何降低。在本例中,原始電路會產生上升時間為 1.1 ns 的上升緣(綠色跡線)。使用長線和抓取器將探棒連接至電路會增加電路負載,上升時間變為 1.7 ns。當我移除抓取器,僅用長線進行連接時,上升時間開始好轉,變為 1.5 ns,不過您仍能看到連接附件對電路的影響。最後,我移除所有長線,直接在探棒上使用最短連接,電路的上升時間恢復至 1.1 ns。
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希望本文會對您有所幫助
       如果以前您一直在錯誤地使用長連接附件進行重要測量,不要感到沮喪。您在一個好公司,很多示波器用戶都犯過這樣的錯誤,說實話,我也犯過。只要記住,使用這些長的、方便的連接附件進行快速查看沒問題;但如果訊號表現異常,您得到的結果不符合預期,那麼最好拆掉它們,儘量換用最短的連接。越短越好。