為何被動示波器探針有如此多的接地連接選擇？

大多數示波器都有隨附一組適合一般用途應用的被動式探針。這些探針通常含有配件組，並提供多種連接選項 (圖1)。

圖 1：被動式、高阻抗示波器探針的典型配件組提供多種連接選項。(圖片來源： Teledyne LeCroy)

此圖顯示 Teledyne LeCroy 的 PP008-1 型號高阻抗被動式探針與隨附的配件。大多數製造商都有隨附類似的連接裝置。您可能會好奇，為什麼將探針接地要隨附那麼多裝置。答案是接地連接對高頻測量有很大的影響，因此探針隨附的裝置必須協助確保達到最佳的接地連接。

典型 500 MHz 的 X10 型號探針電路含有電阻、電容和電感元件 (圖 2)。

圖 2：500 MHz 的 X10 型號被動式探針電路含有接地引線電感以及電阻和電容。(圖片來源：Art Pini)

從量測觀點來看，探針看起來像一個 10 MΩ 電阻與一個 9.5 pF 電容並聯。接地側含有接地連接的串聯電感。典型 4.5 in(11.4 cm) 的接地引線，電感值約為 200 pH。

在低於約 20 MHz 的頻率下，接地引線電感不會有太大的影響。10 MΩ 電阻基本上可以忽略不計，電感 (L) 和電容 (C) 可形成串聯 LC 電路，諧振頻率為 115 MHz。電感的影響會導致探針響應達到峰值，進而將任何訊號的高頻成分放大。理想情況下，接地引線不應用於頻率成分高於 20 MHz 的訊號。

那麼，該如何連接探針，以便運用全部頻寬呢？有個想法是利用連接方法，將引線的電感值降至最低。圖 1 頂端所示的接地彈簧就是不錯的解決方案。探針尖頭會連接量測點，接地彈簧則連接到最近的電路接地點。只要確保將彈簧插入，線圈部分有受到探針的接地環而完全短路即可。

可利用接地片稍微降低電感值。接地片的扁平金屬可提供比接地彈簧橫切面柱狀電線更低的電感值。使用箔片接地面貼在電路接地上，就可更輕鬆將接地片接到良好接地 (圖 3)。

圖 3：接地片可連接焊接在 IC 接地引腳上的銅箔接地面。(圖片來源：Teledyne LeCroy)

在此範例中， Teledyne LeCroy 的 PP007-WR-1 被動式探針採用接地片將探針接地到焊接於 IC 接地引腳的銅接地面。IC 探針蓋板可將探針尖端導引到 IC 測試點引腳，絕緣的延長段可卡住 IC 引腳之間並提供穩定性。

接著有個明顯的問題：這些接地連接對於量測有何不同的影響？以下將加以比較。圖 4 顯示某個脈衝在 750 ps 過渡時間下的四個重疊量測 (訊號頻寬約為 466 MHz)。每次量測皆使用不同的接地技術。

圖 4：針對不到奈秒過渡時間內的窄脈衝所測得的反應進行比較。紅色軌跡是使用同軸連接擷取得而，並在此當作基準訊號。(圖片來源： Art Pini)

紅色軌跡是使用同軸連接擷取而來的訊號，在此當作基準標準。藍色軌跡則使用標準 4.5 in(11.4 cm) 接地引線擷取而來。請注意，引線的高串聯電感會導致大幅過衝。綠色軌跡是使用接地彈簧時的回應。此回應當然比接地引線更優異。黃色軌跡則是接地片的回應，只比接地彈簧稍好一點。

結論

使用高阻抗值被動探針測量頻率成分高於 20 MHz 的訊號時，應採用盡可能最短的接地引線。這就是為何探針配件組中有如此多選擇的原因。