本應用指南介紹了泰克高帶寬、低電容無源電壓探頭怎樣降低示波器用戶的總擁有成本、改善性能和測量精度、節省用戶設置時間。大多數示波器標配的無源電壓探頭都提供了低成本通用探測解決方案。一般來說，這些探頭沒有有源電壓探頭的性能，但堅固耐用、動態范圍寬，適合查看信號。表 1 描述了傳統無源探頭解決方案的優勢和劣勢。

表 1. 傳統無源探頭的優勢和劣勢。

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 重新界定了無源探頭產品類別的性能，提供了這類產品以前沒有實現的技術指標。這些探頭設計用于泰克 MDO3000、 MDO4000B、MSO/DPO4000B 和 MSO/DPO5000 系列示波器。這種性能水平是通過結合使用示波器和探頭內部的電路來實現的。通過改善帶寬、輸入電容和自動補償探頭，傳統無源探頭的劣勢被轉化成優勢，如表 2 所示。

表 2. 泰克 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 的優勢。

本應用指南將更詳細地介紹：

降低擁有成本

改善測量精度

縮短設置時間

降低擁有成本：

標配無源探頭的局限性 ( 特別是在 1 GHz 系統上 ) 迫使用戶購買有源探頭，這明顯提高了用戶的整體投資成本。泰克 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 探頭彌補了傳統無源探頭與性能更高、價格也更高的有源探頭之間的空白。泰克是唯一在 1 GHz 上把探頭帶寬與示波器探頭帶寬匹配起來的廠商。由于業內領先的無源探頭技術指標及自動低頻補償和高頻補償技術， TPP1000、TPP0500B、TPP0250 降低了用戶的擁有總成本，進一步提高了示波器的投資回報。

改善測量精度：

許多因素影響著探頭為示波器提供信號的能力，用戶應考慮以下因素：

性能指標：探頭的帶寬和上升時間是多少?

探頭尖端的低輸入電容：探頭附件對性能有哪些影響?

探頭負載：探頭給測試點上的信號帶來了多大的負載?

應用指南：

性能指標

通用無源探頭的優勢在于堅固耐用，而不是性能。這種矛盾長期以來一直未能得到解決，因為這些探頭主要用來觀察低速信號。這種矛盾的存在，還源于研制堅固耐用、高性能、能夠測量幾百伏特的探頭面臨著重大的設計挑戰。有源探頭的帶寬一般為 1 GHz 以上，測量的電壓低于 10 V(部分泰克探頭可以高達 40 V)，缺少無源探頭的強健性。無源探頭的帶寬一般在 500 MHz 或以下，測量幾百伏的電壓，堅固耐用。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 是唯一同時提供優異性能、寬動態范圍及日常使用所需的堅固性的探頭。

圖 1. 泰克、力科和安捷倫標配無源電壓探頭的上升時間

帶寬是示波器和探頭的主要性能指標。帶寬是衡量頻響的指標，示波器主要是時域儀器。示波器顯示的數據是幅度隨時間變化圖，頻域中看上去很小的差異可能會在時域中產生很大的影響。大多數示波器用戶需要擁有優秀階躍響應的示波器和探頭，因為它可以更好地表明探頭輸出在示波器顯示屏上的顯示結果。為正確顯示系統階躍響應，應在測量系統中注入快速干凈的階躍信號。在評估探頭上升時間時，要求信號的邊沿速率快于探頭所能支持的邊沿速率。看一下圖 1 中的截圖，其比較了泰克 TPP1000 探頭與力科和安捷倫標配無源探頭的上升時間。

每只探頭都使用探頭的短接地彈簧連接到相同的測試夾具上，以實現最優性能。如上面的截圖所示，上升時間為 240 ps 的快速干凈的階躍信號被確立為參考基準，與探頭的階躍響應進行對比。泰克 TPP1000 的上升時間最快 (443.6 ps)，波形幅度和形狀與參考基準相同，而過沖很小。TPP1000 無源探頭捕獲擁有快速邊沿速率的信號的能力最強。

圖 2. 連接長地線的標配無源電壓探頭的上升時間。

探頭尖端的低輸入電容

由于標配無源探頭主要用來觀察信號，大多數用戶會把一條長探頭地線連接到接地上。通過使用長地線，可以更簡便地在電路板周圍，把探頭移動到各個測試點，而不必連接和重連接地。短接地彈簧提供了最佳性能，但接地可能不會一直位于彈簧的到達范圍內。長地線長 6 英寸 ( 含 ) 以上，可以更簡便地獲得接地連接，但長地線增加了電感，降低了性能。隨著地線長度提高，測量中增加的電感也會提高。電感和電容與頻率有關，在探頭電感和電容提高時，探頭性能會下降。例如，連接 6 英寸地線的探頭實現的性能和精度都要高于連接 12 英寸地線的相同探頭。

可以采用多種方案，解決地線導致的性能問題，如使 用 更 短 的 地 線， 或 找 到 輸 入 電 容 較 低 的 探 頭。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 在探頭尖端提供了 <4 pF 的輸入電容，而其它標配無源探頭產品提供的輸入電容≥ 9.5 pF。在這些泰克無源探頭中，用戶可以連接更長的地線，而不會因探頭輸入電容較高而導致信號劣化。圖 2 說明了泰克、力科和安捷倫標配無源探頭在連接長探頭地線時的階躍響應。

增加長探頭地線對性能的影響非常大。探頭的上升時間下降，輸入信號出現振鈴、過沖提高、幅度精度下降。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 使得用戶在觀察信號時可以方便地使用更長的探頭接地，而不會出現明顯損耗，如性能和精度下降。

圖 3. 探頭負載對標配無源電壓探頭的影響。

探頭負載

無源探頭在探頭尖端的輸入電容和輸入電阻指標非常重要，因為它影響著被測電路。在外部設備 ( 如探頭 ) 連接到測試點上時，它會表現為信號源從電路吸收的電流上產生額外的負載。這種負載或吸收的信號電流會改變測試點后面的電路操作，改變測試點上看到的信號。理想的探頭應該有無窮大的阻抗，但這是不可能的，因為探頭必須吸收一定少量的信號電流，以在示波器輸入上積累信號電壓。探頭將一直感應部分信號源負載，挑戰在于使其保持在盡可能低的水平。

問題最大的負載是由探頭尖端的電容引起的。對低頻，這種電容擁有非常高的電抗，對被測電路影響很小或沒有影響。在頻率提高時，電容電抗會下降，頻率越高，電容負載越高。通過降低帶寬，提高上升時間，電容負載會影響測量系統的帶寬和上升時間特點。 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 提供的輸入電容明顯要低于現有的高阻抗通用無源探頭。這些探頭在探頭尖端的輸入電容 <4 pF，明顯低于非泰克探頭中提供的≥ 9.5 pF 的輸入電容。圖 3 是泰克 TPP1000 與力科和安捷倫標配無源探頭的探頭負載對比結果。

白色軌跡是輸入信號波形，其它軌跡顯示了在探頭連接到測試點上時參考波形的變化情況。要記住，這個圖中顯示的波形并不是探頭的輸出，而是顯示了探頭對測試點上的信號的影響。藍色軌跡顯示了 TPP1000 對源信號的負載影響最小，因為它與參考波形接近程度最高，對上升時間影響最小。非泰克探頭新增的輸入電容對性能和精度都有影響。如上所述，電容電抗在較高頻率上下降，電容負載的影響隨著頻率提高而加大。探頭電容越高，在更高頻率上的負載越大，這也就是為什么力科和安捷倫負載信號前面有一個圓角，前沿是方波高頻成分所在的位置。在探測更快速的信號時，非泰克探頭會更明顯地使源信號失真，降低測量精度。

圖 4. 低頻探頭補償

圖 5. 高頻探頭補償。

縮短設置時間

由于探頭和示波器輸入特點變化，通用無源探頭要求低頻補償。用戶可能并不知道要求低頻補償，可能會忘了這一規程，或者可能會放棄低頻補償，以節約時間。如圖 4 所示，必須使用調節工具補償探頭輸出，直到響應平坦化，如下面的“正確補償”實例所示。

除了在所有無源探頭上必需進行低頻補償及進行常見用戶調節外，一般還要求由制造商的服務部門執行高頻補償。用戶一般不能接觸高頻補償調節點，可能要求用戶損壞補償盒外面的標簽才能接觸到這些點。這種補償還可能要求專用設備，如校準發生器和專用探頭適配器，才能進行必要的調節。高頻補償校正了直到前沿的畸變以及長期平坦度，如圖 5 所示。

圖 6. 自動低頻和高頻探頭補償。

在連接到兼容的泰克示波器時，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 能夠自動進行低頻和高頻補償。不管是低頻補償還是高頻補償，TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 所需的時間都要低于手動調節標配無源探頭進行低頻補償所需的時間。在 TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 中，當探頭第一次連接到一條通道上時，通過把探頭尖端和接地保持在示波器的 PROBE COMP 引腳上，然后選擇“Compensate Probe for ”，可以簡便地補償探頭。圖 6 是選擇實例。這一規程所需的時間不到 5 秒，在拆下和重連探頭時，補償結果存儲在示波器中。示波器能夠為每條通道存儲多只探頭的補償結果。

伸縮引腳

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 標配可更換硬尖端和伸縮引腳組件。伸縮引腳尖端裝有彈簧，引腳上的壓縮程度較少，可以建立良好的電氣接觸，因此用戶不必使勁按下探頭尖端。進行良好接觸要求的力是一個重要指標，這基于多種原因。第一，用戶在操作示波器時不必著重讓手保持正確位置。通過安裝伸縮引腳，探頭保持恒定的壓力，為用戶提供了一定的壓力回力，以保持良好接觸，在使用探頭觀察信號時要更加舒適。此外，在接觸不好或示波器上沒有出現預期信號時，用戶一般會在探頭上用更大的力氣往下按，這種加大的力氣可能會導致探頭無意中滑離測試點，無意中接觸相鄰信號，可能會損壞測試設備或被測器件。

總結：

TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 徹底改變了無源探頭產品類別的性能水平，許多指標是這類產品中以前沒有實現的，把傳統無源探頭的劣勢轉化成了優勢。這些探頭彌補了通用無源探頭與成本較高的有源探頭之間的空白，同時實現了無源探頭和有源探頭的最大優勢：高性能，低成本，能夠測量數百伏的動態范圍，低輸入電容，堅固耐用，適合日常使用。

由于業內領先的無源探頭指標和自動補償功能， TPP1000、TPP0500B 和 TPP0250 降低了用戶的擁有總成本，為示波器投資增加了巨大的價值。

審核編輯 黃宇