輸入電容對于高頻測試的影響

為什么經(jīng)驗老道的工程師都要在測試前調(diào)整一下探頭的檔位呢?不同檔位除了輸入阻抗、帶寬、上升時間等不同之外，還有個很重要的參數(shù)是輸入電容，它對于被測信號究竟有多大的影響?

探頭的輸入電容對于高頻信號有很大的影響，信號頻率越高，影響也就越大，具體有何影響呢?

一、探頭負載效應(yīng)

簡單來說，探頭的負載效應(yīng)就是在用探頭測電路中的其中兩點的波形時，在兩個測試點中接入了一個負載，而這個負載的大小，會直接影響電路的狀態(tài)，造成測量結(jié)果的不正確性。

每個示波器探頭都有其輸入阻抗，這個阻抗是特性阻抗，不僅僅是電阻，還包含了電容和電感等。由于探頭引入的額外負載，所以探頭接入被測電路后，會從信號中汲取能量，實際上就會影響被測電路，最惡劣的后果就是電路本來是正常工作的，引入示波器探頭后卻不正常了，此時容易得出與事實相反的結(jié)論。因此我們在進行分析測量時必須考慮到探頭的負載特性及測試電路的阻抗匹配。

探頭在×1檔位時，信號直接進入示波器，這類探頭在測試點處將其自身的電容(包括電纜的電容)與示波器的輸入阻抗連在了一起，這就是探頭的負載效應(yīng)。

圖1 x1檔結(jié)構(gòu)模型

當(dāng)信號頻率升高時，探頭的容性負載效應(yīng)就變得更加顯著。x1檔位輸入電容通常為55±10pF，此時等同于在被測電路上加了一個低阻抗負載，在輸入電容為50pF時，若測試10MHz的信號，根據(jù)容抗計算公式：Xc(Cp) = 1/(2×π×f×C)，此時容抗約為318Ω，且x1檔時帶寬較低，測試出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

二、調(diào)整探頭檔位的原因

下圖是無源電壓探頭x10檔的原理圖，其中，Rp (9 MΩ)和C1位于探頭尖端內(nèi)，調(diào)節(jié)補償電容C3使得探頭和示波器通道RC乘積相匹配，這樣就能保證顯示出來的波形正常，不會出現(xiàn)過補償或欠補償狀況。

圖2 x10檔結(jié)構(gòu)模型

此時示波器輸入信號衰減為被測入信號的1/10。對于較高頻率的輸入信號,容抗對于信號的影響會大于阻抗。例如，探頭在x10檔時，輸入阻抗為10MΩ，輸入電容10pF，輸入信號的頻率為100MHz，此時，探頭輸入容抗為Xc(Cp) = 1/(2×π×f×C)=159Ω，此時容抗遠遠小于探頭阻抗，信號電流更多的會通過輸入電容提供的低阻回路，而高阻回路等效為旁路。

探頭作為測試的第一環(huán)節(jié)，能否將信號高保真的傳輸至示波器是能否準(zhǔn)確測試分析的重點，所以，在測試較高頻率信號時，需注意探頭的帶寬和輸入電容是否合適，下表為ZDS2000系列示波器標(biāo)配探頭參數(shù)。

表1 ZP1025S探頭參數(shù)