为什么我用高带宽探头测试出来的信号幅度“不准”？

最近收到一个客户的问题，说用探头测量一个晶振出来的 25MHz 的时钟信号，分别用三种探头测量，测试出来的幅度值有明显差异，使用无源探头 N2873A 和 1131A 测试的幅度基本一致，大概是 3.3V，但用 1169A 测试的结果偏小，幅度在 2.8V 左右，“为什么 1169A 探头上标注的最大电压 30V 却测不出来 3.3V 的信号呢” “为什么 1169A 测试出来的幅度不准呢?”

从客户发过来的波形来看，客户测量的是一个幅度为 3.3V 单端信号，三种探头无源单端探头测试这个信号完全没有问题，实际上 1131A 的动态范围是 5V，1169A 动态范围 是 3.3V，探头主体上标注的 30V 是探头最大能承受的损坏电压而不是准确测量范围，这 第二个问题的答案，那么对于幅度测“不准”呢?

先来看一下 1130A探头 和 1169A 的指标：

示波器探头-为测量差分和单端信号提供大共模范围和宽偏置范围

我们来理解一下这个动态范围是什么意思，这实际上指的是探头的有效输入电压范围，探头放大器的动态范围受限于放大器的线性范围，如果在放大器电路输入电压的操作 点已经超过其线性区域，放大器将出现增益压缩或饱和等问题，反映在测量波形上来说就 是波形被削波了，测量的幅度偏小了。

通常来说差分探头是用来测试差分信号，可以提供 一个非常好的共模抑制比，但带宽越宽通常动态范围就越小，比如 1168A 的 10G 的探头放大器的动态范围 3.3Vpp 要小于 1131A 的 5Vpp。用户的这个问题是一个很好的测试案例，可以帮助我们理解这个问题的原因，以及 触发我们探寻正确的测量方法。

对于 1168A 来说，我们注意它的动态范围是 3.3V，那为什么不能直接正确测量这个 3.3V 的信号呢?

实际上差分探头的动态范围指的是差分的动态范围，如果以无直流差分 信号，也就是差分的共模点(对称点)为 0 来说，“+”端和“-”端能够准确测量的范围到 +1.65V 和-1.65V(实际上 1168A 的可测量范围要大于此值)，但某些差分信号除了差分特性外也有共模电平，比如 TMDS 结构，在末端通过 3.3V 上拉，探头的共模电压(<100Hz)达到 6.75V。但对于 0 ~ 3.3Vpp 的单端方波信号，探头设置为差分模式，探头“+”端接在信号 端，探头“-”端接地，差分探头并不能有效抑制正端的偏置，而幅度已经超过了放大器 线性工作的范围，会出现失真或者说幅度压缩。

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审核编辑 黄宇