對于高頻信號測量時,探頭的鱷魚接地線是萬惡之源,無論多好的儀器都無法發揮價值,這是為什么呢?

1、高頻晶振實測對比

我們先來感受一下,探頭地線長與短其測量結果有何不同。

以晶振信號測量為例,如圖1所示為常規的鱷魚線接地測量方法,可看到信號過沖嚴重伴隨振蕩,和想像中的方波不一樣。而圖2所示的短地線彈簧接地測量方法,波形端正不少,顯然資深工程師的方法沒錯。

圖1  常規(鱷魚線)測量方法(錯誤)

圖2  短地(彈簧地)測量方法(正確)

2、核心區別:電感

種種跡象表明兇手就是“地線”那證據在哪呢?

且看圖解,如圖3所示為示波器使用探頭進行信號測量理論上的等效模型。探頭與示波器組成具有一定輸入電阻和輸入電容的測試設備;被測量信號等效為具有一定內阻與工作負載的源。

圖3  理論測量等效模型

由于地線是一根導線,因此它有一定數量的分布式電感,線越長電感則越大。常規的測量方法就會由鱷魚線引入分布式感,此時它的等效模型如圖4所示的LG電感,這一電感將與探頭電容相互影響,在LG和CP值確定的某個頻點上形成諧振,導致減幅振蕩現象的產生。

圖4  長地線(鱷魚線)測量等效模型

諧振點在頻域及時域的影響如表1中所列圖示。其中短地線(彈簧地)測量用圖3所示模型分析;長地線(鱷魚線)測量用圖4所示模型分析。

可以發現,長地線測量對應的時域響應,其特征和我們前面常規(鱷魚線)測量的波形相似,也驗證了理論分析的正確性。

探頭地線在電路中增加了分布電感;地線越長,電感越大,與探頭的電容形成諧振頻點,會在快沿脈沖上產生明顯過沖減幅振蕩。因此測量高頻信號時,探頭接地線越短越好。

總結

高頻信號測量時不能只盯著儀器,一定要留意地線,越短越好,寧可自己焊一段短的導線,您也千萬別用鱷魚地。