Jaki wpływ na pomiary mają aktywne sondy oscyloskopu?
Sekcja przyłączeniowa przed wzmacniaczem to odcinek linii połączeniowej o niekontrolowanej impedancji o dużej pojemności zastępczej i indukcyjności zastępczej, co ma ogromny wpływ na szerokość pasma systemu, impedancję wejściową przy wysokich częstotliwościach i charakterystykę odpowiedzi częstotliwościowej; z tyłu wzmacniacza znajduje się zwykle linia transmisyjna 50 Ω, która ma kontrolowaną impedancję i ma mniejszy wpływ na szerokość pasma systemu.
Najłatwiejszym sposobem ograniczenia wpływu przewodów na przepustowość systemu jest skrócenie długości linii łączącej sondę z testowanym urządzeniem. Przykład tego pokazano na poniższym schemacie, gdzie w teście wykorzystano aktywną sondę z pojedynczym zakończeniem 2 GHz. Przepustowość systemu jest różna w przypadku korzystania z różnych akcesoriów łączących, im krótsze są używane akcesoria front-end, tym większa przepustowość systemu.
Używając tych różnych połączeń dla tego samego sygnału o czasie narastania 1 ns, można zauważyć, że im krótsze są użyte połączenia, tym większa szerokość pasma systemu i tym bardziej strome zmierzone zbocze narastające.
Jednakże w niektórych przypadkach, aby móc skorzystać z wygody wzmacniacza sondy musi znajdować się w pewnej odległości od punktu pomiarowego, ten odcinek linii łączącej jest zwykle pokazywany jako indukcyjny, jeśli efekt indukcyjny powodowany przez ten przewód nie jest kompensowany , ten odcinek długiej linii łączącej jest bardzo łatwy do spowodowania oscylacji sygnału. Poniższe dwa wykresy przedstawiają wyniki dla aktywnej sondy 4 GHz z pojedynczym zakończeniem, z przewodem o długości 2- cala, przy sygnale zegarowym 500 MHz i czasie narastania 100 ps. Na rysunku po lewej stronie przewód o długości 2- cala nie jest dopasowany, a zmierzony sygnał zegara wykazuje poważne oscylacje i zniekształcenia; na rysunku po prawej stronie źródło przewodu o długości 2- cala jest dopasowane przez odpowiedni rezystor, co znacznie zmniejsza oscylacje i zniekształcenia sygnału.
Dlatego w sondzie i długości przewodu nie można skrócić, zastosowanie odpowiedniego rezystora w pobliżu punktu testowego końca dopasowania sygnału może poprawić wpływ indukcyjności przewodu, specyficzne zastosowanie rozmiaru dopasowania rezystor powinien opierać się na długości przewodu i innych cechach symulacji i obliczeń. Poniższy rysunek przedstawia dwie sondy różnicowe stosowane do lutowania różnicowego oraz sondy punktowe. Można zauważyć, że w przypadku wysokich częstotliwości, aby poprawić wierność pomiaru sygnału, nawet przy bardzo krótkich przewodach, konieczne jest przeprowadzenie odpowiedniego dopasowania. Jedną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę w przypadku dopasowywania rezystorów, jest to, że ten rezystor dopasowujący zmniejsza jedynie oscylacje sygnału spowodowane długimi przewodami i zapewnia ograniczoną poprawę przepustowości; jeśli długość przewodu front-end jest zbyt duża, przepustowość systemu nadal będzie spadać.
Jak wspomniano wcześniej, aby zwiększyć szerokość pasma aktywnej sondy, oprócz zastosowania wzmacniacza o dużej przepustowości, należy zminimalizować długość linii transmisyjnej o niekontrolowanej impedancji od punktu pomiarowego do wzmacniacza sondy i dopasować rezystor na przedni koniec linii łączącej. Jednakże wzmacniacze szerokopasmowe wymagają złożonego ekranowania, dopasowania i zasilania, a ponadto nie są szczególnie małe, co czyni je niewygodnymi w użyciu, jeśli są zaprojektowane zbyt blisko punktu testowego. Aby zapewnić zarówno łatwość obsługi, jak i wysoką szerokość pasma pomiarowego, wiele sond o dużej przepustowości dostępnych obecnie na rynku ma strukturę podzieloną.
Ten typ sondy składa się z dwóch części, wzmacniacza sondy i przedniej części sondy, które są połączone złączem koncentrycznym 50 Ω. Zwykle impedancja przedniej części wzmacniacza sondy jest niekontrolowana, więc długość tej części ma duży wpływ na sygnał, podczas gdy przód sondy InfiniiMax ma z przodu tylko krótki odcinek (około 5 mm), czyli niekontrolowana impedancja, która jest bardzo krótkim przewodem i dzięki temu zapewnia duże pasmo pomiarowe; a tylna część przedniej części sondy (około 10cm) to koncentryczna linia transmisyjna 50Ω, która ma niewielki wpływ na przepustowość systemu. Część za przodem sondy (ok. 10 cm) to koncentryczna linia transmisyjna 50 Ω, której długość ma niewielki wpływ na szerokość pasma systemu. Dlatego przy tej konstrukcji z jednej strony można zwiększyć szerokość pasma sondy, z drugiej strony wzmacniacz sondy można oddalić od punktu testowego, dzięki czemu rozmiar czoła sondy jest mniejszy, a tym samym łatwiejszy używać. Jednocześnie ta podzielona struktura ułatwia użytkownikom zmianę różnych końcówek testowych zgodnie z różnymi potrzebami testowymi, takimi jak pomiar punktowy, spawanie, podnośniki i tak dalej.
