探头测量结果分析

我们可以预测，如果用有接地引线的探头去测量来自低源端电阻信号源的信号，会观察到人为的振铃和过冲现象。

通过图3.6和图3.7，可以比较我们的判断和实际的测量结果。这些实验采用电容极低的FET型探头，额定为1.7PF并联电容，其3DB带宽为1GHZ，连接到数字示波器TEKTRONIX11403。图3.6中信号源的源端电阻为25欧，3IN长的接地引线。中间波形采用的是裸探头直接接触测量点，接地线长度也是3IN长的接地引线。中是的波形采用的是裸探头直接接触测量点，接地线长度也是3IN。显然，只拿掉探头的塑料夹子产生的影响很小。这此扫描波形显示，在25欧源端电阻情况下的过冲约为15%，而在5欧源端电阻情况下的过冲则高达29%。

图示的振铃周期在2~6NS之间。我们可以很快知道电路的时间常数：

由0.63NS的LC电路时间常数得到的振铃周期为：

到目前为止，测量结果和理论几乎一致。那么两个图例中最下方的波形是什么呢？为什么这个波形会更好呢？

两个图例最下方的波形为我们解决过冲问题提供了很好的思路。在下方的波形测量中，我们把探头的外塑料壳去除，把接地引线拿掉，使探头外部的金属屏蔽层以及探头顶端完全正确裸露，然后用一个刀片将探头外屏蔽层和被测电路的地直接相连，尽量靠近信号测量点。这使得实际的接地线自感非常小。采用这种直接连到地线的方法，25欧源端电阻和10欧源端电阻的扫描波形在过冲方面都得到了明显的改善。

为什么探头接地点靠近信号源会比较好呢？最主要的原因是从根本上减少了探头组件的接地回路自感。减少了自感，则减少了探头上升时间，见式（）和式（）还降低了Q值见式（）

地线自感必须小到何种程度才能够保证低的Q值和较快的上升时间呢？可以用一个比较短的线来代替麻烦的刀片方式吗？表3.1列出了测量TTL和ECL电路时各种接地环路自感值对应的10~90上升时间和Q值。

对于10PF的探头，要想使TTL电路上升时间为1NS时有比较小的过冲，必须使环路自感小于10NH，对于ECL电路而言，环路自感的要求更低。

为了减少环路自感，我们用一根较粗的接地引线替换图3.4中的接地引线，如果原来的接地线是AWG24，那么现在我们试用AWG18，这时导线的直径扩大了一倍。重新计算式（）可得到：

可以看出，作为线径的函数，电感的变化有多么慢吗？线径扩大一倍，而电感值的变化只有15%这个方程表明，作为线径的函数，相对于线径的变化，电感值是以对数形式缓慢变化的，为了让电感有较大的改善（例如10倍）我们不得不增加线的直径，直到导线粗到环路两边的导线都贴到一起。

另一方面，线的硬度与线的径的立方成正比，它会随着线径的增加显著增长。硬件度和电感系数是互相制约的。通过增加线径来解决探头自感问题的做法并不可行。

电感值与线的长度和所围成的环路面积基本成正比关系。通常用来解决电感问题的方法包括减小线的长度，或降低环路面积的大小，而并不是增大线径。

表3.1表明，2PF的探头比10PF的探头有更好的上升时间，但当测量低源端阻抗信号时，会遇到更高Q值的问题。