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オシロスコープ用プローブ
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PP066

7.5 GHz 低キャパシタンス ÷10/÷20 プローブ


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    トランスミッションラインプローブ


PP066 - 7.5 GHz 低容量パッシブプローブ、500/1 kΩ
伝送線路プローブは、非常に高い周波数で使用するように設計された特別なタイプの受動プローブです。 従来のパッシブ プローブに見られる高インピーダンス プローブ ケーブルを、オシロスコープの入力 (50 Ω) に一致する特性インピーダンスを持つ高精度伝送ラインに置き換えます。 これにより、入力容量がピコファラッドの数分の一に大幅に減少し、高周波信号の負荷が最小限に抑えられます。 先端のマッチングネットワークにより、DC 入力抵抗が増加します。 従来のパッシブ プローブよりも DC 入力抵抗が低くなりますが (通常 500 Ω ~ 1kΩ)、これらのプローブの入力インピーダンスは周波数範囲全体にわたってほぼ一定のままです。 従来の ÷10 パッシブ プローブの DC 入力インピーダンスは 10 MW ですが、このインピーダンスは周波数とともに急速に低下し、100 MHz 未満では伝送線路プローブの入力インピーダンスを下回ります。

一部のアプリケーションでは、トランスミッションラインプローブはアクティブプローブよりも優れています。 安価であることに加えて、そのパッシブ設計は、過電圧およびESD曝露に対してより堅牢です。 このプローブは、アクティブプローブのダイナミックレンジを超える振幅を持ち、立ち上がりが速く狭いパルスが発生するアプリケーションで役立ちます。 また、周波数応答への寄生効果が少ない傾向があります。 サンプリングオシロスコープと組み合わせて使用すると、アクティブプローブによる測定の応答が疑問視される状況での”ゴールデンスタンダード”として使用できます。

 

伝送線路プロービング
PP066 は、高帯域幅のパッシブ プローブであり、 WaveMaster™ および 50 Ω の入力終端を備えたその他の高帯域幅オシロスコープ。 この超低静電容量プローブは、高周波アプリケーション、特に 20 ~ 100 Ω インピーダンスの伝送ラインのプロービングに優れたソリューションを提供します。

柔軟性
交換可能な減衰器チップにより、ユーザーは入力抵抗と感度を選択できます。 プローブ ケーブル接続は、標準の SMA です。 PP066 プローブは、コンピュータ、通信、データ ストレージ、およびその他の高速設計で一般的に見られるアナログおよびデジタル IC のプロービングを含む、幅広い設計アプリケーションに適しています。

高帯域幅でのシグナル インテグリティ
非常に高い周波数を測定する場合、入力静電容量の小さいプローブを使用することが、シグナル インテグリティを維持するための鍵となります。 1 pf のアクティブ プローブは、公称高インピーダンスですが、1 GHz 信号に 159 オームの容量性リアクタンス (X = 1/2πfC) を負荷します。 PP066 は信号の高帯域幅コンテンツを保持し、非常に高速なエッジでも適切な信号形状を保持します。

高速信号のプロービング
エッジ速度が速くなるにつれて、オシロスコープでデジタル波形を正確に測定することはますます難しくなっています。 多くの場合、テスト回路をオシロスコープに相互接続することは、問題の最も難しい部分です。 設計者は、このタスクのツールとしてアクティブ プローブを選択することがよくあります。 ただし、多くの場合、あまり知られていないタイプのパッシブ プローブを使用すると、低コストでより優れたパフォーマンスを実現できます。

測定を行う目的で回路をプロービングすると、その動作が変化します。

これは、高周波成分を含む波形を測定する場合によく見られます。 プローブ回路に非常に小さな寄生要素が追加されると、測定対象の信号が大きく歪む可能性があります。

プローブの負荷は通常、波形の歪みに寄与する最も重要な要因です。 実際の電圧信号は、プローブが接続されているテスト ポイントとの間の直列インピーダンスを持つ理想的な電圧源として表されるテブナン等価モデルとして表すことができます (後ろの図を参照)。 プローブからグランドへのインピーダンスは分圧器を形成し、測定信号を減衰させます。 インピーダンスが純粋に抵抗性である場合、この影響は、測定された波形振幅にスカラー乗数を適用することで簡単に補償できます。 ただし、回路のソース インピーダンスと測定プローブのリアクティブ部分により、効果的に補正できない周波数依存の減衰が生じます。 測定対象の信号の周波数成分が増加すると、ごくわずかな寄生容量と寄生インダクタンスでさえも大幅な減衰を引き起こし、測定波形の外観を大きく歪めます。

高品質のパッシブ プローブを使用して、遷移時間が 1 ns の高速デジタル信号をプローブする例を考えてみましょう。 これらのプローブの入力インピーダンスは、通常、約 1 pF と並列に 10 MΩ です。 テストする回路のソース インピーダンスが 30 Ω の場合、プローブの 1 MΩ の抵抗成分は実質的に DC 減衰を生じません。 ただし、容量の影響は大きいです。 立ち上がり時間を周波数に変換する基本的なルールを使用すると、1 ns の立ち上がり時間は約 350 MHz に相当します。 10 MHz で 350 pF の容量性リアクタンスは 45 Ω です。 したがって、1 ns の遷移中、分圧器の下側レッグのインピーダンスは 45 MΩ ではなく 1 Ω になり、信号が約 40% 減衰します。

通常、40% 以上の誤差を含む測定は許容できないため、高速信号の測定にはアクティブプローブがよく使用されます。 アクティブ プローブの 1 pF キャパシタンスの標準的な入力は、高品質のパッシブ プローブよりも 倍優れています。

ただし、1pF であっても、アクティブ プローブは非常に高速な回路では負荷が大きすぎる可能性があります。 3.5 GHz では、1 pf のアクティブ プローブは、45 MHz で発生した 10 pf のパッシブ プローブと同じ 350 Ω の容量性リアクタンスを信号にロードします。

多くのアプリケーションでは、比較的未知のタイプのパッシブ プローブを使用すると、アクティブ プローブよりも優れた性能を発揮し、コストも大幅に削減できます。 これらのプローブは、伝送線路、低キャパシタンス、低インピーダンス、Zo プローブなど、いくつかの名前で知られています。 それらが何と呼ばれるかに関係なく、それらはすべて同じ原則の下で機能します。 これらのプローブでは、50 Ω に制御されたインピーダンス伝送ラインがプローブ ケーブルの代わりに使用されます。 プローブでは、1 MΩ オシロスコープ入力を駆動するのではなく、オシロスコープ入力を 50 Ω 終端に設定する必要があります。 伝送ラインにチップ抵抗を追加すると、減衰が行われ、入力抵抗が増加して、測定対象の回路の DC 負荷が軽減されます。

指定された動作範囲の周波数では、伝送ラインの入力インピーダンスは純粋な抵抗性 (この場合は 50 Ω) に見えます。 減衰器の下側脚に容量成分がないため、分圧器を補償するためにチップ抵抗の両端にシャント容量は必要ありません。

理論的には、このようなプローブの入力容量はゼロです。 実際のプローブは、チップに対してグランド接続が近接しているため、小さな静電容量を持っています。 ただし、静電容量は非常に低く、多くの場合 0.2 pf 以下です。

伝送線路プローブの唯一の欠点は、入力抵抗が低いことです。 ÷10 プローブの入力抵抗は 500 Ω で、÷20 プローブの重量は 1 kΩ です。 この低い入力抵抗が、多くの設計者が過去にこれらの使用を避けてきた理由です。 最新のデジタル システムの高速化に伴い、伝送ライン プローブは真剣に検討する価値があります。 最新の高速デジタル回路のほとんどは、抵抗負荷の影響を受けません。 電圧スイングは低くなる傾向があり、IC はより低いインピーダンス負荷を駆動できます。 1 KΩ の負荷は、最近のデジタル システムで一般的になりつつある伝送ライン バスの動作に悪影響を与えることはありません。

これらの伝送ライン プローブのパッケージを開けたときに気付くことの 10 つは、プローブ相互接続アクセサリが相対的に不足していることです。 これには実際的な理由があります。 これらのプローブが提供できる高帯域幅性能を評価するには、寄生リアクタンス要素を入力接続に持ち込まないようにすることが非常に重要です。 高速エッジで回路をプロービングする必要がある場合は、5 cm のグランド リードを備えたプローブを使用せず、プローブ チップの前に cm の延長リードを備えたミニチュア SMD リード クリップを取り付けます。 これらの慣行は、波形の忠実度に壊滅的な影響を及ぼし、回路の動作を変更する可能性があります。 テレダイン・レクロイのキャパシタンス伝送ライン・プローブは、高周波信号をプロービングするためのシンプルかつ洗練されたソリューションを提供することにより、信号の忠実度を維持し、高帯域幅テスト機器が回路特性を適切に測定できるようにします。

主な仕様

帯域幅 DC〜7.5 GHz
 

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