中心议题：
- 差分探头比单端探头的固有负载小
- 待测信号的探头额定负载效应能够量化
- 探头负载效应的评价办法
处理方案：
- 选用十分对称拓扑按捺顶级共模电压
- 精确的等效电路是首要的
简介
丈量PCIe，SATA和其它快速模仿和数字信号等宽带信号时总是需求高阻抗探头。经过线缆直接衔接高频信号到丈量仪器仅仅合适一般的共同性测验和PCB验证等运用场合，可是大多数信号有必要在体系运转时进行调查以便确认整个作业体系中的信号特性。大多数探头是单端，也便是丈量共地信号，需求经过地线衔接探头顶级邻近的地和待测设备的地。这种探头很难丈量本地信号地与仪器地有很大差异的信号。地也能够与待测设备的地在一同。
规划者能够经过差分传输高速信号防止地连续性的问题而处理这个问题，可是这大大添加了丈量应战，由于只丈量一个信号对地不能很好地表达出这个差分信号。工程师能够运用两个探头丈量两个差分信号对地的信号然后相减，但这将占用两个通道，而且依赖于两个探头的精确匹配。本文将解说这个办法将比实在的差分探头带来更大的负载。
一切的高阻抗差分探头关于被测信号都表现出负载阻抗，使得信号发生失真。本文将谈到为什么差分探头比单端探头的固有负载要小，而且描绘一种比曾经任何一种探头都具有最小负载效应的差分探头。待测信号的探头额定负载效应能够量化，一同将展现探头负载效应的评价办法。
单端探头的负载效应
单端探头有两个输入端——信号（顶级）和地。等效电路包含电感、DC电阻并联的输入电容和地夹的电感。地夹电感能够和顶级电感归结在一同以简化电路。有源探头的等效电路如Figure1所示。给出的电感有两个——顶级和地夹电感。地夹电感一般占主导地位并根据用户衔招待测体系地的办法而改动。
低频时，该探头将经过电阻R加剧待测电路的负载。R一般相当大，该效应能够疏忽。高频时，电容开端发生负载效应，形成待测信号的很大失真。电容和电感在该频点谐振，负载变成0欧姆，彻底短路了信号。为了削减负载效应（添加探头的阻抗），电容和电感要尽或许的小。
差分探头包含两个独立的输入端子和一个差分扩大器，如Figure 2所示。由于有源电路只扩大两个输入，公共地衔接还有相关的电感被去除。剩余的电感是两个顶级电感的和，可是由于Ltip一般远小于Lgnd，负载电感变得很小。顶级电感也是固定的，不依赖于任何因不同用户而改动的地夹。此外，电容折半，由于负载电容和原有的输入电容串联。
差分规划的优点是显着的，或许有人会问为何长时刻内仪器厂商不制作这种探头呢？应战在于，高带宽差分扩大器的规划。单端扩大器比较简略；要求较少的晶体管，耗费更少的功率，小体积并能够在高频运转。
此外，衔接两个高频顶级到扩大器的输入也添加了困难。不同的待测电路要求不同的方位和引线空间，这些顶级的任何移动能够显着改动探头的高频呼应。为了按捺共模信号，每个顶级的特性有必要是共同的，很难创立能够在移动时坚持匹配的物理顶级。
新的WaveLink系列高带宽探头处理了这些问题。最新的SiGe工艺支撑具有高频功用的高带宽差分扩大器，D600A-AT是7.5GHz。选用了十分对称的拓扑确保了即便是在最高频率时顶级共模电压能有用按捺。
和可调整的顶级相关的问题已用新的专利输入电路处理，答应顶级和小的传输线一同衔接到扩大器。扩大器和顶级构筑在灵敏的底层，顶级可被去除。用户能够调整探头的顶级精确匹配信号的空间然后取得在不导致任何探头负载或频响改动的丈量。
直到几年前，仪器制作商仅说到探头的输入电阻和电容。这表明用户的地夹的电感占有了主导，经过这个衔接只要很少的操控。成果是，探头制作商疏忽了一切在量化探头时导致地夹效应下降的信号。事实上，规则的低电感夹具常常用来丈量探头功用。运用这样的夹具，制作商展现了在任何实践丈量状况中都是不或许的（到地的实在衔接时有必要的）频响和带宽功用。
查看Figure 1中的等效电路，能够看到谐振频率（1/(2*PI*sqrt(LC))给出）点的探头输入阻抗是0欧姆——彻底消除了被测信号！最近一些制作商开端留意这个问题并规划具有更好输入特性的探头。Figure 3展现了这种探头（Probe A)的等效电路。这是许多给出这个探头精确依赖于顶级和地夹的等效负载模型之一。这个探头还有一个谐振点大概是2GHz，该频点的阻抗被电阻约束到大约165欧姆。
新的WaveLink差分探头的等效电路如Figure 4所示。规划包含按捺谐振阻抗的电阻，也能经过消除地夹电感削减电感。输入电容进一步削减到十分低的水平，有用的是谐振频率移到7GHz，好于单端探头。
新规划的探头输入阻抗效应怎么？Figure 5展现了Probe A阻抗 Vs 频率在有别的一个制作商没有细心考虑削减输入谐振负载的Probe B之上。一同，新的WaveLink探头的负载效应也展现出来。由所以差分探头，有两条迹线——第一条显现了作为是单端探头（负输入当成是地衔接）是时的阻抗，第二条显现了用平衡源驱动时的负载。迹线在每个探头的最大规则频率截止。
WaveLink和单端探头的一个显着差异是较低的DC电阻：4k 欧姆差分 vs 100k 欧姆。这是一个显着的不同，当查看阻抗 vs 频率曲线时，能够看到频率远大于几十MHz（事实上是这么一个探头一切重视的频率），8nH 130电抗器材占有了负载效应的主导。较低的输入%&&&&&%供给了WaveLink探头一个较大的输入阻抗。
决议被测信号的阻抗效应并不简略，由于依赖于待测电路的阻抗。出于这个原因，阻抗 vs 频率曲线是不行的；精确的等效电路是首要的，由于特定待测电路的效应能够计算出来。
为了比较差分探头的功用，一般在杰出界说和常数电路中画出负载效应。比方，每个探头在50欧姆抱负环境中发生的插损如Figure 6所示。插损用dB表明；作为电压表明，有必要除以20，选用反对数。比方Probe B导致的4.6dB的插损会发生41%的起伏丢失。这关于被勘探的信号有显着影响。
除了丢失，待测电路的探头阻抗发生的时刻误差。探头负载可对被测信号发生推迟，乃至比起伏丢失更严峻，由于这些经过体系传达。假如检测多个点，当探头放置到信号衔接每个点发生一个时刻偏移，这些推迟会添加。
取决于探头负载，推迟或许不是频率常数。这意味着信号由不同的沿速率（不同频率成份）会被推迟不同的数量。当探头和输入沉着性变到理性谐振时，推迟也改动。乃至探头企图削减LC谐振的起伏影响，也会使信号的时刻推迟失真。仅有实在的处理方案是移到被测频率之上的谐振频率。
频域中，时刻偏移表现为群时延。界说为相位改动除以频率的改动。抱负的传输线有稳定的群时延（意味着推迟独立于频率）。相同，容性负载也有稳定的群时延。更杂乱的负载电路表现出随信号改动的频率成份而改动的推迟。这发生了信号中确实认性颤动，经过替换信号的衔接而简化。
示例探头的群时延如Figure 7所示。笔直单位是ns。留意，类似于起伏丢失，推迟也是被测电路阻抗的函数。此外，假如有人估计探头在信号上发生的影响，特定的信号特点将包含在仿真中。
决议信号的探头负载效应是很难的。最简略的办法是经过能够勘探信号的夹具衔接信号（或许典型信号）到丈量仪器的输入。这样的夹具如下图（Figure 8）所示。这是一个50欧姆微带传输线，供给到仪器的极低失真衔接。运用这个夹具，能够丈量信号在探头衔接或不衔接状况下检测信号形状的任何改动或由负载效应导致的时序。
咱们能够经过安装在力科WaveMaster示波器输入的夹具展现这个办法，并显现这个信号在探头衔接或不衔接夹具时的迹线。接触探头只要很少的影响。Figure 9 展现Probe A经过信号放置的负载发生的成果。
为了确认负载引起的推迟效应，用户有必要在独立的信号上触发示波器以便触发点不跟着探头而偏移。示波器设置成非负载信号（贮存在内存M1中）起伏和推迟和负载信号（显现在通道1中）。之前关于在信号形状上探头负载效应测验，没有大多数可预期的效应。好的探头不会改动上升沿的形状或相关于触发点的边缘时序。这儿，斜的信号边缘被衰减，时刻推迟了7ps。由于咱们看到关于这样的一个探头群时延不是常数，这个值跟着频率成份（上升沿）的改动而改动。
新的WaveLinks探头不经过同一个测验信号，丈量成果如Figure 10 所示。由于探头负载（<1%）信号起伏有细微的削减，但首要的信号边缘彻底没有失真。探头阻抗发生的推迟是2ps，不会跟着信号频率改动。 这个相同的夹具能够用于频域丈量。经过测验夹具的信号插损可被丈量，由探头负载添加的插损，还有群时延都可被显现。 探头负载阻抗能够引起被测信号起伏和时刻上的显着改动。越低的探头负载阻抗，这些改动越凶猛，被测电路的特定特点越依赖于这些改动。这些改动，尤其是时刻偏斜会被显着危害，由于经过功用体系传达导致体系中其他点的失效丈量。一个探头输入阻抗的精确模型要求彻底评价这些在用探头时能够看到的效应。 差分探头具有固有的较低负载，现在的问题是添加到十分高的带宽差分扩大器（这儿是7.5GHz）已被处理，这么一个探头的一切的高频丈量是最好的。WaveLink系列探头在这些任何已有的高频探头中具有最低的负载，供给了测验信号的最低失真。
