PP066

Der PP066 ist ein passiver Tastkopf mit hoher Bandbreite, der für die Verwendung mit dem entwickelt wurde WaveMaster™ und andere Oszilloskope mit hoher Bandbreite, die einen 50-Ω-Eingangsabschluss haben. Dieser Tastkopf mit sehr niedriger Kapazität ist eine hervorragende Lösung für Anwendungen mit höheren Frequenzen, insbesondere für das Abtasten von Übertragungsleitungen mit einer Impedanz von 20–100 Ω.

Austauschbare Dämpfungsspitzen bieten dem Benutzer eine Auswahl an Eingangswiderständen und Empfindlichkeiten. Der Sondenkabelanschluss ist ein Standard-SMA. PP066-Tastköpfe eignen sich für eine breite Palette von Designanwendungen, einschließlich des Abtastens von analogen und digitalen ICs, die häufig in Computer-, Kommunikations-, Datenspeicher- und anderen Hochgeschwindigkeitsdesigns zu finden sind.

Beim Messen sehr hoher Frequenzen ist die Verwendung eines Tastkopfs mit niedriger Eingangskapazität der Schlüssel zum Erhalt der Signalintegrität. Eine aktive Sonde mit 1 pf, obwohl nominell hochohmig, lädt ein 1-GHz-Signal mit einer kapazitiven Reaktanz von 159 Ohm (X = 1/2πfC). Der PP066 bewahrt den hohen Bandbreiteninhalt von Signalen und behält die richtige Signalform selbst für sehr schnelle Flanken bei.

Die genaue Messung digitaler Wellenformen mit Oszilloskopen wird immer schwieriger, je schneller die Flankengeschwindigkeiten werden. Oft ist das Verbinden der Testschaltung mit dem Oszilloskop der schwierigste Teil des Problems. Konstrukteure wählen häufig eine aktive Sonde als bevorzugtes Werkzeug für diese Aufgabe. In vielen Situationen kann jedoch eine weniger bekannte Art von passiver Sonde eine bessere Leistung bei geringeren Kosten bieten.

Das Sondieren einer beliebigen Schaltung zum Zweck der Durchführung einer Messung ändert ihren Betrieb.

Dies ist häufig der Fall, wenn es um die Messung von Wellenformen mit hohem Frequenzanteil geht. Extrem kleine parasitäre Elemente, die der Sondenschaltung hinzugefügt werden, können das gemessene Signal stark verzerren.

Die Sondenbelastung ist normalerweise der bedeutendste Faktor, der zur Signalverzerrung beiträgt. Jedes reale Spannungssignal kann als Thévenin-Äquivalentmodell dargestellt werden, das als ideale Spannungsquelle mit einer Reihenimpedanz zwischen ihr und dem Testpunkt, an dem die Sonde angeschlossen ist, dargestellt wird (siehe Abbildung auf der Rückseite). Die Impedanz in der Sonde gegen Masse bildet einen Spannungsteiler, der das Messsignal dämpft. Wenn die Impedanzen rein resistiv wären, könnte dieser Effekt leicht durch Anwenden eines skalaren Multiplikators auf die gemessene Wellenformamplitude kompensiert werden. Die reaktiven Anteile der Quellenimpedanz der Schaltung und der Messsonde erzeugen jedoch eine frequenzabhängige Dämpfung, die nicht effektiv korrigiert werden kann. Wenn der Frequenzinhalt des gemessenen Signals zunimmt, wird selbst die kleinste parasitäre Kapazität und Induktivität eine erhebliche Dämpfung bewirken, wodurch das Erscheinungsbild der gemessenen Wellenform stark verzerrt wird.

Betrachten Sie ein Beispiel, bei dem wir ein schnelles digitales Signal mit einer Übergangszeit von 1 ns mit einem hochwertigen passiven Tastkopf prüfen. Die Eingangsimpedanz dieser Tastköpfe beträgt im Allgemeinen 1 MΩ parallel zu etwa 10 pF. Wenn die Quellenimpedanz des zu testenden Schaltkreises 30 Ω beträgt, erzeugt die 1-MΩ-Widerstandskomponente der Sonde praktisch keine DC-Dämpfung. Der Effekt der Kapazität ist jedoch signifikant. Unter Verwendung der Grundregel zum Übersetzen der Anstiegszeit in Frequenz entspricht eine Anstiegszeit von 1 ns ungefähr 350 MHz. Der kapazitive Blindwiderstand von 10 pF bei 350 MHz beträgt 45 Ω. Während des Übergangs von 1 ns würde die Impedanz im unteren Zweig des Spannungsteilers also 45 Ω statt 1 MΩ betragen, wodurch das Signal um etwa 40 % gedämpft würde.

Da Messungen mit Fehlern von 40 % oder mehr normalerweise nicht toleriert werden können, wird häufig ein aktiver Tastkopf verwendet, um Hochgeschwindigkeitssignale zu messen. Eine typische Eingangskapazität von 1 pF für einen aktiven Tastkopf stellt eine zehnfache Verbesserung gegenüber einem hochwertigen passiven Tastkopf dar.

Aber selbst bei 1 pF kann die aktive Sonde in sehr schnellen Schaltungen eine zu starke Belastung aufweisen. Bei 3.5 GHz lädt ein 1 pf aktiver Tastkopf ein Signal mit der gleichen kapazitiven Reaktanz von 45 Ω wie der 10 pf passive Tastkopf, der bei 350 MHz verursacht wird.

In vielen Anwendungen bietet ein relativ unbekannter passiver Tastkopf eine bessere Leistung als ein aktiver Tastkopf, und das zu deutlich geringeren Kosten. Diese Sonden sind unter mehreren Namen bekannt, einschließlich Übertragungsleitungs-, Niederkapazitäts-, Niederimpedanz- oder Zo-Sonden. Unabhängig davon, wie sie genannt werden, funktionieren sie alle nach dem gleichen Prinzip. Bei diesen Sonden wird anstelle des Sondenkabels eine 50-Ω-Übertragungsleitung mit kontrollierter Impedanz verwendet. Anstatt einen 1-MΩ-Oszilloskopeingang zu treiben, erfordert der Tastkopf, dass der Oszilloskopeingang auf einen 50-Ω-Abschluss eingestellt wird. Das Hinzufügen eines Spitzenwiderstands zur Übertragungsleitung sorgt für eine Dämpfung und erhöht den Eingangswiderstand, um die DC-Belastung des zu messenden Schaltkreises zu reduzieren.

Über einen bestimmten Betriebsfrequenzbereich erscheint die Eingangsimpedanz einer Übertragungsleitung rein ohmsch, in diesem Fall 50 Ω. Da die kapazitive Komponente im unteren Zweig des Dämpfungsglieds fehlt, ist keine Nebenschlusskapazität über dem Spitzenwiderstand erforderlich, um den Teiler zu kompensieren.

Theoretisch hätte eine solche Sonde eine Eingangskapazität von Null; Echte Sonden haben eine kleine Kapazität, die sich aus der Nähe der Masseverbindung in Bezug auf die Spitze ergibt. Die Kapazität ist jedoch sehr gering, oft 0.2 pF oder weniger.

Der einzige potenzielle Nachteil des Übertragungsleitungstastkopfs ist der niedrigere Eingangswiderstand. Eine ÷10 Sonde hat einen Eingangswiderstand von 500 Ω und eine ÷20 Sonde wiegt 1 kΩ. Dieser niedrige Eingangswiderstand ist der Grund, warum viele Designer es in der Vergangenheit vermieden haben, sie zu verwenden. Mit der zunehmenden Geschwindigkeit moderner digitaler Systeme verdient die Übertragungsleitungssonde ernsthafte Beachtung. Die meisten modernen Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltkreise werden durch die ohmsche Belastung nicht beeinträchtigt. Die Spannungsschwankungen sind tendenziell geringer und die ICs können Lasten mit niedrigerer Impedanz treiben. Die 1-kΩ-Last wird den Betrieb von Übertragungsleitungsbussen, die in modernen digitalen Systemen üblich werden, nicht nachteilig beeinflussen.

Eine Sache, die Sie bemerken werden, wenn Sie die Verpackung einer dieser Übertragungsleitungssonden öffnen, ist das relative Fehlen von Sondenverbindungszubehör. Das hat einen praktischen Grund. Um die hohe Bandbreitenleistung zu schätzen, die diese Tastköpfe bieten können, ist es äußerst wichtig, das Einführen parasitärer reaktiver Elemente in die Eingangsanschlüsse zu vermeiden. Wenn Sie wirklich Schaltkreise mit schnellen Flanken prüfen müssen, verzichten Sie auf die Verwendung von Tastköpfen mit 10-cm-Massekabeln und das Anbringen von Miniatur-SMD-Kabelklemmen mit 5-cm-Verlängerungskabeln vor den Tastkopfspitzen. Diese Praktiken haben verheerende Auswirkungen auf die Wellenformtreue und können möglicherweise den Schaltungsbetrieb verändern. Durch die Bereitstellung einer einfachen, aber eleganten Lösung zum Prüfen von Hochfrequenzsignalen bewahrt der kapazitive Übertragungsleitungstastkopf von Teledyne LeCroy die Signaltreue und ermöglicht Testgeräten mit hoher Bandbreite, die Schaltungseigenschaften richtig zu messen.