LANCY0803-主動式與被動式 探棒比較

1.前言: 探棒與示波器不是待測物的一部分
待測物(DUT/Device Under Test)與示波器是兩個獨立的電路，工程師操作示波器測量信號必須將探棒接觸
待測物，這個單純的動作卻把兩個無關係的電路整合在一起，對待測物而言，示波器是額外增加的電路，稱之
為負載，負載會影響信號源的電壓與電流的變化，此種現象為示波器的負載效應，負載效應越大，它會影響並
破壞最真實的信號。

2.使用探棒的原因:
(1)保護儀器，衰減信號源，避免高壓信號直接灌入示波器，造成電路損壞.
(2)增加示波器輸入阻抗，示波器若阻抗低，示波器將破壞信號源，使量測到的波形失真。
(3)擷取信號能力的延展，示波器傳統的功能只是量測電壓的工具，示波器搭配電流測試棒
使用，已經可以量測電流信號，並透過計算，完成電壓×電流=功率變化的波形。

3.被動式與主動式探棒的差別
量測電壓的探棒種類很多，隨示波器附贈之標準探棒是被動式探棒，頻寬規格在500MHz
以內，耐壓在400V 左右，另一種探棒是主動式探棒，頻寬規格在1GHz 以上，耐壓在40V 左
右，主要的特色如下:
被動式探棒: 低頻高壓(頻寬較低，耐壓較高)，成本低
主動式探棒: 高頻低壓(頻寬較高，耐壓較低)，成本高，需供應電源才能動作

4.探棒的規格
以下將為工程師逐一解釋示波器探棒的規格，希望有助於工程師挑選適當示波器探棒，以
下表格列舉被動式與主動式探棒的主要規格:

探棒型號	頻寬	衰減倍率	輸入電阻	輸入電容
PP007	500MHz	10:1	10MΩ	9.5pf
ZS1500	1.5GHz	10:1	1MΩ	0.9pf
HFP1500	1.5GHz	10:1	100KΩ	0.7pf

 

5.探棒的頻寬

由於工程師花許多的時間挑選示波器，卻忽略探棒的規格，簡單的說，示波器必須透過探棒將信號輸入
示波器，因此探棒也必須慎選頻寬，通常是大於或等於示波器的頻寬，原因如下: a.假設探棒頻寬�
容^高，系統頻寬一直維持在 1GHz，所以這是一部1GHz 頻寬的示波器

_{探棒頻寬    2.5GHz+示波器頻寬1GHz=系統頻寬1GHz}

探棒頻寬    1.5GHz+示波器頻寬1GHz=系統頻寬1GHz

探棒頻寬       1GHz+示波器頻寬1GHz=系統頻寬1GHz 

 

b.假設示波器頻寬比較高，系統頻寬不到500MHz，所以這是一部不到500MHz 頻寬的示波器探棒頻寬500
MHz+示波器頻寬1GHz=系統頻寬500MHz

探棒頻寬350MHz+示波器頻寬1GHz=系統頻寬350MHz

探棒頻寬 200MHz+示波器頻寬 1GHz=系統頻寬 200MHz 

 

6.探棒的衰減倍率 10:1 代表什麼意思?

以被動式探棒為例，將待測物與量測系統(示波器+探棒)以簡易等效電路來表示，應該可分 為三個部分，分別是
待測物、被動式探棒與示波器，若量測端電壓是 VAB，則被動式探棒與示 波器量測 A 與 B 端電壓應該等於
VAB，等效電路如下所示:

圖1: 量測系統應包含被動式探棒與示波器，

從以上的等效電路分析，量測端電壓是VAB、被動式探棒的電阻是9MΩ、示波器輸入電阻1MΩ，被動式探棒的
電阻與示波器的電阻是串連電路，測試系統阻抗總共是阻抗10MΩ，計算示波器量測到的電壓Vo，如下計算式
表示:

因為示波器測得電壓是量測端電壓的0.1 倍，示波器讀值必須再乘以10 倍才是正確的電

壓。根據以上的結論得知被動式探棒規格(10:1，10MΩ)，表示信號衰減10 倍，因為示波器可以自動偵測探棒衰
減倍率，所以工程師不須再換算量測結果。

7.輸入電容有什麼影響?
輸入電容將影響信號上昇時間，以下的測試源分別是示波器校準信號源1KHz、1V 與100Kbps、5V 低速串列數
據I2C 時脈，測試結果個別如下:
A.被動式探棒PP007 規格是10MΩ，9.5pf

圖2:以等效電路表示，輸入電阻10MΩ 輸入電容9.5pf

圖 3:校準信號緣上昇時間 37.4084ns

圖 4:低速串列數據 I2C 上昇時間 23.39968ns

B.主動式探棒 ZS1500 規格是 1MΩ，0.9pf

圖5:以等效電路表示，輸入電阻1MΩ 輸入電容0.9pf

圖 6:校準信號緣上昇時間 28.8295ns

 

圖 7:低速串列數據 I2C 上昇時間 20.37633ns

圖8:以等效電路表示，輸入電阻100KΩ 輸入電容0.7pf

 

圖 9:校準信號緣上昇時間 27.4720ns

圖 10:低速串列數據 I2C 上昇時間 16.33413ns

比較以下三款探棒測試校準信號緣上昇時間結果:

探棒規格	規格	上昇時間
PP007	10MΩ，9.5pf	37.4084ns
ZS1500	1MΩ，0.9pf	28.8295ns
HFP1500	100KΩ，0.7pf	27.4720ns

比較以下三款探棒測試低速串列數據 I2C 上昇時間結果:

探棒規格	規格	上昇時間
PP007	10MΩ，9.5pf	23.39968ns
ZS1500	1MΩ，0.9pf	20.37633ns
HFP1500