如今的高端測(cè)試裝置的功能已經(jīng)達(dá)到令人驚嘆的水平。比如力科(LeCroy)公司最新推出的實(shí)時(shí)帶寬高達(dá)60GHz的LabMaster 10Zi系列示波器和安捷倫(Agilent)公司帶寬高達(dá)32GHz的Infiniium 90000X系列。這些儀器可以為測(cè)試臺(tái)提供大量測(cè)量功能。它們可以展示上升和下降時(shí)間像閃電一樣快的信號(hào)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

但是如果沒(méi)有同樣強(qiáng)大的探測(cè)系統(tǒng)的話，這些示波器的強(qiáng)大功能就無(wú)法體現(xiàn)了。測(cè)試工程師需要的最后一個(gè)工具就是探頭，它會(huì)影響測(cè)試工程師的測(cè)量，否則就無(wú)法提供示波器提供給測(cè)試工程師的全部帶寬。

幸運(yùn)的是，如今的高端探頭的設(shè)計(jì)規(guī)避了這些問(wèn)題。不僅探頭可以運(yùn)行這些測(cè)試裝置的功能，軟件還可以增加功能和其他配件。

不斷增加的探測(cè)帶寬

這里以安捷倫公司的Infiniium 90000X系列示波器為例，InfiniiMax III(N2800A-N2803A)是該公司第三代InfiniiMax高性能探測(cè)系統(tǒng)(圖1)。安捷倫公司提供四個(gè)帶寬在16至30GHz之間的探頭放大器型號(hào)。各種探頭支持使用瀏覽器、零插力(ZIF)探頭前端、2.92mm或3.5mm表面組裝(SMA)電纜或焊入式探頭前端進(jìn)行的連接。

是什么在推動(dòng)探頭放大器帶寬的不斷增加呢？從事新興有線通信標(biāo)準(zhǔn)和高速串行數(shù)據(jù)鏈路(比如USB、SAS或PCI Express)相關(guān)工作的工程師使用Infiniium 90000X系列等示波器捕獲快速的單次事件，進(jìn)行抖動(dòng)等關(guān)鍵測(cè)量，同時(shí)確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證互操作性。隨著數(shù)據(jù)速率在接下來(lái)的幾年里擴(kuò)展到10Gbps以上，探頭帶寬將成為進(jìn)行此類(lèi)高帶寬測(cè)量的關(guān)鍵因素。

安捷倫公司采用專有的磷化銦(InP)工藝和最先進(jìn)的薄膜封裝技術(shù)，在嚴(yán)格的幾何限制下實(shí)現(xiàn)這些探頭的性能。InfiniiMax III瀏覽器采用“十字形”刀片接地系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)較低電感的接地，采用多晶形鐵粉繞線同軸探頭前端減少駐波，并采用極低寄生電感的可更換電阻探頭前端實(shí)現(xiàn)30GHz的性能。

高壓要求

電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)、工業(yè)應(yīng)用、照明、太陽(yáng)能和計(jì)算機(jī)服務(wù)器等各種應(yīng)用中的功率測(cè)量要求正變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。這些新興電源技術(shù)要求探頭能夠同時(shí)滿足高壓和低壓的測(cè)量要求。使用給定示波器供電的探頭一般不適用于同等的高壓器件。

為此，泰克(Tektronix)公司最近推出了四款高壓探頭，并對(duì)三款現(xiàn)有的探頭產(chǎn)品進(jìn)行了大幅升級(jí)，以在帶寬、動(dòng)態(tài)范圍和輸入阻抗特性方面滿足市場(chǎng)要求。泰克的THDP、TMDP和P52XXA系列高壓探頭可以滿足這三個(gè)主要領(lǐng)域的要求。

一方面，如今的電源設(shè)計(jì)正在采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等更快的開(kāi)關(guān)器件。THDP0200和TMDP0200等更高帶寬的探頭可以捕獲到轉(zhuǎn)換速率很快的信號(hào)，從而使設(shè)計(jì)工程師能夠輕松地精確測(cè)量這些新型設(shè)計(jì)。

另一方面，這些探頭可以解決傳統(tǒng)探頭在動(dòng)態(tài)范圍方面的不足，使設(shè)計(jì)工程師能夠使用同樣的探頭測(cè)量高壓信號(hào)及其引起的噪聲和紋波分量。THDP0100具有該系列最大的動(dòng)態(tài)范圍以及±6000V的差分電壓和共模規(guī)格。

最后，當(dāng)探頭連接至電路時(shí)，它們可能會(huì)潛在地改變電路的行為和屏蔽問(wèn)題。泰克的高壓探頭通過(guò)提供高壓探頭能夠提供的最高電阻性和最低電容性負(fù)載，從而最大限度地緩解了這個(gè)問(wèn)題。例如，升級(jí)后的P5210A和新型THDP0100都可以提供40MΩ的電阻和不到2.5pF的電容性負(fù)載。

TMDP和THDP通過(guò)大多數(shù)泰克中檔示波器采用的泰克多功能探頭接口(VPI)架構(gòu)連接至泰克示波器。VPI架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)示波器與探頭之間的雙向智能通信。為了最大限度地提高高壓應(yīng)用中用戶的安全性，這些探頭均符合EN61010-031要求。

有源探頭的特性

工程師應(yīng)通過(guò)各種無(wú)源和有源探頭，從而充分利用示波器。確定哪一種探頭最適合用于給定的應(yīng)用并不容易。不過(guò)安捷倫在其N(xiāo)2795A/N2796A系列中提供了新一代1至2GHz單端有源探頭

N2795A/96A采用AutoProbe接口(與安捷倫的InfiniVision和Infiniium示波器兼容)供電。這些探頭整合了通用高速探測(cè)(特別是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件設(shè)計(jì)/特性分析和教育研究應(yīng)用)所需的諸多特性。

這些探頭的一個(gè)重要特性是其1MΩ的輸入電阻和1pF的極低輸入電容，可支持待測(cè)器件(DUT)的超低負(fù)載。再加上極高的信號(hào)保真度，使得這些探頭適合用于如今的大多數(shù)數(shù)字邏輯電壓。這些探頭還具有寬動(dòng)態(tài)范圍(±8 V)和偏移范圍(N2796A為±12V，N2796A為±8V)。

根據(jù)環(huán)境進(jìn)行改變

示波器廠商一般傾向于用戶用自己的探頭與他們的示波器配合使用，但是這并不總是能夠?qū)崿F(xiàn)，甚至是不可取的。為此，測(cè)試裝置供應(yīng)商一般提供適配器，這樣你就可以將一個(gè)探頭與另一個(gè)示波器配合使用。

軟件

儀器廠商一直致力于開(kāi)發(fā)特定于應(yīng)用的軟件包的工作，以改善給定儀器專門(mén)用于特定細(xì)分市場(chǎng)的局面。力科公司最近發(fā)布的針對(duì)汽車(chē)市場(chǎng)的三個(gè)這樣的軟件包就是其中一個(gè)例子。

博通(Broadcom)公司以及MOST公司的合作伙伴等汽車(chē)和芯片廠商現(xiàn)已成為力科公司的兩個(gè)QualiPHY (QPHY)自動(dòng)化一致性測(cè)試軟件包的推動(dòng)力。開(kāi)發(fā)人員可以利用這些軟件包為娛樂(lè)和信息娛樂(lè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更低的成本、更低的功率、更高的通用性和魯棒的系統(tǒng)。此外，力科公司的汽車(chē)總線分析儀(VBA)測(cè)試解決方案通過(guò)擴(kuò)展后已可在WaveRunner 6 Zi、WavePro 7 Zi和WaveMaster 8 Zi示波器平臺(tái)上工作。

QPHY軟件包可提供自動(dòng)化測(cè)試腳本，該測(cè)試腳本可實(shí)現(xiàn)MOST 50 ePHY和150 oPHY信號(hào)的快速可靠測(cè)試。MOST(媒體定向系統(tǒng)傳輸)是一個(gè)在汽車(chē)市場(chǎng)中廣泛使用的多媒體和信息娛樂(lè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。隨著客戶對(duì)連接至視頻顯示屏和汽車(chē)娛樂(lè)系統(tǒng)的設(shè)備的需求的快速增長(zhǎng)，這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

過(guò)去五年來(lái)，這種需求一直在極大地增長(zhǎng)，這給汽車(chē)設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)了更多的測(cè)試挑戰(zhàn)，他們需要確保同一網(wǎng)絡(luò)中的所有器件(視頻顯示屏；GPS導(dǎo)航；音頻、DVD、CD和衛(wèi)星無(wú)線電；藍(lán)牙連接以及麥克風(fēng)系統(tǒng))具有很好的互操作性，不會(huì)產(chǎn)生任何干擾。

博通最近發(fā)布的BroadR-Reach技術(shù)針對(duì)通過(guò)無(wú)屏蔽單雙絞線布線的100Mbps以太網(wǎng)連接。BroadR-Reach技術(shù)已針對(duì)多種汽車(chē)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，該技術(shù)支持外部設(shè)備的各種連接方案。力科公司用于BroadR-Reach技術(shù)的物理層(PHY)測(cè)試方案包括自動(dòng)化QualiPHY一致性測(cè)試軟件包QPHY-BroadR-Reach以及所需的測(cè)試夾具和電纜。

此外，無(wú)處不在的CAN、LIN和FlexRay汽車(chē)系統(tǒng)協(xié)議已經(jīng)充當(dāng)了現(xiàn)有的每一輛汽車(chē)中的關(guān)鍵角色。力科公司的VBA測(cè)試包在一個(gè)方案中整合了CAN、LIN和FlexRay觸發(fā)器、解碼和分析方案，并增加了用于FlexRay的PHY測(cè)試。

VBA解決方案具有通過(guò)汽車(chē).dbc數(shù)據(jù)庫(kù)文件將CAN協(xié)議信號(hào)解碼成符號(hào)(應(yīng)用層)文本的獨(dú)特功能，使得用戶能夠查看所有的CAN協(xié)議棧信息，并且能夠查看影響CAN總線的額外電路內(nèi)電子信號(hào)。

VBA方案可從串行協(xié)議信息流中提取數(shù)據(jù)并在示波器顯示屏上繪制出該數(shù)據(jù)的圖表，這個(gè)額外的功能使其成為所有汽車(chē)設(shè)計(jì)工程師的必備方案。這個(gè)全面的功能組現(xiàn)已在WaveRunner 6 Zi、WavePro 7 Zi和WaveMaster 8 Zi示波器平臺(tái)上提供。

自動(dòng)探頭校準(zhǔn)

盡管電纜和探頭的損耗是固有的，但是儀器廠商一直在不遺余力地將其探測(cè)系統(tǒng)中的通道損耗降到最小。根據(jù)不同的配置，損耗可能相當(dāng)大。有些時(shí)候損耗足以引起測(cè)量變化，從而導(dǎo)致獲得不一致的測(cè)量結(jié)果。此外，不同探頭的頻率響應(yīng)和相位特性也不盡相同，因此必須對(duì)每個(gè)探頭和電纜進(jìn)行特性分析和考量，以確保最真實(shí)地再現(xiàn)信號(hào)。

為確保用戶充分利用他們的示波器和探頭，安捷倫公司為其Infiniium 90000 X-Series和90000A系列示波器提供了PrecisionProbe軟件。該軟件可與Infiniium示波器中的內(nèi)置硬件配合工作，這使得工程師能夠在不使用任何外部裝置的情況下自動(dòng)對(duì)示波器輸入的任何通道的響應(yīng)進(jìn)行特性分析和校正。PrecisionProbe軟件提供的分析可以提高測(cè)量裕量，這樣工程師即可實(shí)現(xiàn)最精確的測(cè)量。

安捷倫的N2809A PrecisionProbe軟件不僅可以快速校正電纜和通道插入損耗，還可以校正相位線性和幅度平坦度等探測(cè)問(wèn)題。該軟件可匹配電路上的每一個(gè)電纜或探頭的頻率響應(yīng)和相位。它還可以在不增加其他裝置的情況下對(duì)開(kāi)關(guān)等通道的損耗進(jìn)行特性分析和補(bǔ)償。

安捷倫公司稱，PrecisionProbe是實(shí)時(shí)示波器的第一個(gè)軟件，該軟件可以為探頭提供全面的交流校準(zhǔn)(而不僅僅是直流校準(zhǔn)和偏斜校正)。