高频信号测量的万恶之源:鳄鱼地线

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对于高频信号测量时,探头的鳄鱼接地线是万恶之源,无论多好的仪器都无法发挥价值,这是为什么呢?

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1、高频晶振实测对比

我们先来感受一下,探头地线长与短其测量结果有何不同。

以晶振信号测量为例,如图1所示为常规的鳄鱼线接地测量方法,可看到信号过冲严重伴随振荡,和想像中的方波不一样。而图2所示的短地线弹簧接地测量方法,波形端正不少,显然资深工程师的方法没错。

 

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图1  常规(鳄鱼线)测量方法(错误

 

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图2  短地(弹簧地)测量方法(正确)

 

2、核心区别:电感

种种迹象表明凶手就是“地线”那证据在哪呢?

且看图解,如图3所示为示波器使用探头进行信号测量理论上的等效模型。探头与示波器组成具有一定输入电阻和输入电容的测试设备;被测量信号等效为具有一定内阻与工作负载的源。

 

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图3  理论测量等效模型

 

由于地线是一根导线,因此它有一定数量的分布式电感,线越长电感则越大。常规的测量方法就会由鳄鱼线引入分布式感,此时它的等效模型如图4所示的LG电感,这一电感将与探头电容相互影响,在LG和CP值确定的某个频点上形成谐振,导致减幅振荡现象的产生

 

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图4  长地线(鳄鱼线)测量等效模型

 

谐振点在频域及时域的影响如表1中所列图示。其中短地线(弹簧地)测量用图3所示模型分析;长地线(鳄鱼线)测量用图4所示模型分析。

可以发现,长地线测量对应的时域响应,其特征和我们前面常规(鳄鱼线)测量的波形相似,也验证了理论分析的正确性。

 

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探头地线在电路中增加了分布电感;地线越长,电感越大,与探头的电容形成谐振频点,会在快沿冲上产生明显过冲减幅振荡。因此测量高频信号时,探头接地线越短越好。

总结

 

高频信号测量时不能只盯着仪器,一定要留意地线,越短越好,宁可自己焊一段短的导线,您也千万别用鳄鱼地。

 

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