探測技術對于高質量的示波器測量至關重要，而探頭通常是示波器測量鏈中的第一環。如果探頭的性能不足，就會在示波器上看到失真信號或誤導信號。為您的應用選擇恰當的探頭是進行可靠測量的第一步。如何使用探頭也會影響您進行精確測量的能力，以至于影響您獲得有用的測量結果。本應用指南介紹8個重要技巧，幫助您為自己的應用選擇適當探頭，提高示波器探測能力。
對于中低頻（小于600-MHz）測量來說，無源高阻抗探頭是很好的選擇。這些探頭堅固耐用且價格經濟，具有寬動態范圍（大于300?V）和高輸入阻抗，從而和示波器的輸入阻抗相匹配。不過，和低阻抗（z0）無源探頭或有源探頭相比，無源探頭具有更高的電容負載，而且帶寬較低?？傊?，對于絕大多數模擬或數字電路的通用調式和故障診斷來說，高阻抗無源探頭都是一個極好的選擇。
對于在寬頻范圍上（大于?600?MHz）需要進行精確測量的高頻應用來說，最好選用有源探頭。有源探頭比無源探頭價格較高，并且其輸入電壓有限，但是由于它們的電容負載顯著降低，因而能使您更精確地觀察快速信號。
▲圖1-1 用無源探頭和有源探頭測量具有 600 ps 上升時間的信號
在圖1-1中，我們看到的是采用600?MHz示波器（Keysight?DSO?9064A）測量具有500?ps?上升時間信號的屏幕快照。左圖是使用Keysight N2873A 500?MHz?無源探頭測量此信號的圖像。右圖是使用Keysight?N2796A?2?GHz?單端有源探頭測量同一信號的圖像。兩個圖中的黃色跡線均是信號在探測之前的曲線。綠色跡線是探測后的信號曲線，它與探頭的輸入相同。紫色跡線顯示的是測得信號，也可以稱為探頭輸出。
無源探頭在加載信號時會混入自身的電阻、電感和電容（綠色跡線）?；蛟S您希望示波器探頭不要影響被測件（DUT）的信號。不過，在本例中，無源探頭對被測件確實有影響。被探測的信號其上升時間由原來預期的600?ps?變為4?ns，部分原因是由于探頭的輸入阻抗，另外還因為在測量583-MHz?信號（0.35/600?ps?=?583MHz）時，探頭的帶寬只有500-MHz。
無源探頭的電感和電容效應還會造成探頭輸出的過沖和波動。一些設計人員對這個數量的測量誤差并不在意，但對某些設計人員來說，這個數量的測量誤差是無法接受的。
我們看到，在將有源探頭（例如Keysight N2796A 2GHz有源探頭）連接到被測件時，該信號幾乎未受影響。信號特征在探測后（綠色跡線）和探測前（N2796A?2GHz跡線）幾乎完全相同。此外，信號的上升時間也未受探頭的影響，始終保持在555ps。另外，有源探頭的輸出（綠色跡線）也和探測得的信號（紫色跡線）相匹配，測得上升時間為預期的600?ps。N2796A?有源探頭的2?GHz帶寬、優異的信號保真度及其低探頭負載使這一切成為可能。
探測電路之前，先將一個探針連接到電路上的一點，然后再將第二個探頭連接到同一點。在理想狀況下，您應看到信號無任何變化。如果信號產生變化，這個變化是由探頭負載引起的。在理想狀況下，示波器采用無擾線（具有無限的輸入電阻、零電容和零電感）連接到被測電路，它能對被測信號進行精確復制。但在現實世界中，探頭是測量的一部分，它會向電路加載負載。如欲檢查探頭的負載效應，首先要將探頭連接到被測電路或一個已知的步進信號，另一端連接到示波器的輸入端。在示波器顯示屏上觀察此跡線，然后保存，再在顯示屏上調用以使跡線保留在顯示屏上進行比較。稍后，將相同類型的另一個探頭連接到同一探測點，觀察在使用兩個探頭進行探測時原始跡線有何變化。
▲圖2-2 由長接地引線引起的探頭負載
為了更好地進行探測，您可能需要對探測進行調整，或者使用較低負載的探頭。例如本例中，縮短接地引線就能起到好的效果。在圖2-2?中，電路接地采用18?cm（7英寸）長的接地引線。
大多數探頭在設計時都和特定示波器型號的輸入相匹配。不過，各個示波器之間也是略有差別，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也有差別。所以在將探頭連接到示波器的輸入端之前，一定要確保首先檢查探頭補償，因為此探頭先前可能已經過調整以便和不同的輸入相匹配。為了解決這個問題，大多數無源探頭都采用內置補償RC?分壓器網絡。探頭補償是調整RC分壓器的過程，以使探頭維持在額定帶寬上的衰減率。
如果示波器能夠自動補償探頭性能，使用該功能將會非常有用。否則，可使用手動補償來調整探頭的可變電容。大多數示波器在前面板上都可提供方波參考信號以對探頭提供補償。您可將探針連接到探頭補償端接，再將探頭連接到示波器的輸入端。觀察方波參考信號，使用小螺絲刀對探頭進行恰當調整，以使示波器屏幕上的方波看上去像方波。
隨著當前電池供電設備和集成電路變得越來越注重環保和高能效，工程師迫切需要高靈敏度的低電平電流測量能力，以確保電流消耗處于可接受的范圍之內。需要精確測量功耗的主要應用是無線移動設備和消費類電子產品等使用電池供電的應用。為了盡量延長電池的使用時間，工程師需要最大限度降低產品在整個使用壽命中的功耗。功率定義為P?=?V?x?I。降低設備功耗的主要方法是在電源電壓固定不變的情況下，減少設備的平均電流消耗。
測量由電池供電的移動設備（例如手機或平板電腦）的電流消耗，最主要的挑戰是電流信號的動態范圍非常寬。移動設備通常需要在活動狀態（峰值電流非常高而且消耗得非?？欤┡c空閑或待機電流模式（只消耗極少直流和交流電流）之間來回切換。圖?4-1?顯示了在用GSM?手機打電話時測得的電流消耗?；顒訝顟B下的電源峰值高達?2?A?左右，而空閑模式中的電流消耗極小。
▲圖4-1 用GSM手機打電話時測得的電流消耗
利用示波器測量電流，最簡單的辦法是用Keysight?1147B?或N2893A?等鉗形電流探頭直接監測輸入被測器件的電流?？墒?，這種方法并不適合測量從不到1?毫安快速變到幾安培的小電流，因為鉗形電流探頭的動態范圍和靈敏度都非常有限，僅有幾毫安。以測量手機電流消耗為例，空閑狀態下的電流由于受到探頭噪聲的掩蓋而很難測量。
而且，為獲得更精確的測量，工程師必須不定期地對探頭進行消磁處理，以消除探頭核心的殘余磁性，并補償鉗形電流探頭的直流偏置。額外的校準流程會使鉗形電流探頭更加難以使用。
插入新模板、收藏、復制，都是針對黑色方框進行操作。最新的 Keysight?N2820A?系列高靈敏度電流探頭可以同時滿足寬動態范圍和高靈敏度電流測量需求。由于當前的應用環境要求測試裝置的外形必須極小，所以這些探頭還具有另一個優勢――只需極小的空間便能與被測器件（DUT）建立物理連接。
最新的N2820A/21A?交流/?直流電流探頭具有示波器電流探頭中業界最高的靈敏度，可覆蓋最低50?uA、最高5?A?的電流范圍。
