Oszilloskop: Wann Koaxial statt Tastköpfe verwenden?

Ich verstehe den Unterschied zwischen passiven und aktiven Sonden und zwischen x1, x10, x100, ...

Ich verstehe auch, dass bei hohen Frequenzen die Kapazität des Oszilloskops berücksichtigt werden muss, sodass eine 1-MOhm-Sonde in x1 oder x10 beispielsweise nicht bei 300 MHz verwendet werden kann, da eine Kapazität von 9 pF eine Impedanz von 59 Ohm bedeutet, und Ein 50-Ohm-Eingangsoszilloskop wäre viel besser.

Aber ich habe auch gesehen, dass manchmal ein Koaxialkabel zwischen dem DUT (device under test) und dem Oszilloskop angeschlossen ist. Wann ist es besser, ein Koaxialkabel zu verwenden? Warum sollte ich anstelle einer Sonde ein Koaxialkabel verwenden?

Starke dI/dT von Magnetfeldern, wie z. B. beim Prüfen in Schaltnetzteilen, erfordern, dass der Prüfrückweg koaxial zum Signal verläuft. Andernfalls bildet der RETURN-Draht (selbst an der Sondenspitze) eine Schleife, und dem zu untersuchenden Signal werden große Fehlerspannungen auferlegt.

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Hier geht es nicht darum, was „besser“ ist oder nicht. Es ist eine Frage, ob die Signalquelle eine ausreichend niedrige Impedanz hat oder nicht.

In vielen Fällen soll die Oszilloskopsondierung "nicht-invasiv" sein und die Signale nicht verändern. Wenn das Signal also eine relativ hohe Impedanz hat, sogar 50-65 Ohm (wie es viele moderne Signale auf Leiterplatten tun), muss die Oszilloskopsonde eine viel höhere Eingangsimpedanz haben. In einigen Fällen kann sogar eine 500-Ohm-Sondenspitze als "Hochimpedanzsonde" betrachtet werden, und es gibt "passive" Sonden, die 10:1 sind und wie ein einfaches Koaxialkabel aussehen, siehe zum Beispiel die P6150 Tektronix "Sonde " . Diese Sonde ist im Wesentlichen ein hochwertiges 50-Ohm-Koaxialkabel mit einer Spitze, die einen 450-Ohm-Vorwiderstand hat, der einen 10:1-Teiler in 50-Ohm-Kabel bildet:

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Die resultierende Eingangsimpedanz beträgt nur 500 Ohm, aber für eine 50-Ohm-Signalquelle ändert sie das Signal nur um 10 %, was häufig gut genug ist. Der Hauptvorteil dieser Art von Tastköpfen besteht darin, dass sie nur durch die Qualität des Kabels (und die bloße Eingangsbandbreite des Oszilloskops) begrenzt sind und der P6150 bis zu 9 GHz arbeitet.

Wenn Sie Signale mit 2-3 kOhm oder mehr an der Quelle haben, müssen Sie anspruchsvollere aktive Tastköpfe (wenn der Bereich 500 MHz ++ beträgt) oder passive Tastköpfe mit Mega-Ohm-Impedanzbereich verwenden, wenn Ihre Signalfrequenzen DC oder niedrig sind MHz.

In einigen Fällen von Geräten sind die Signale jedoch direkte 50-Ohm-Ausgänge, und sie sollten für den normalen Betrieb mit 50-Ohm-Lasten belastet werden. In diesem Fall kann und wird eine direkte Kabelverbindung zu 50-Ohm-Koaxial-Oszilloskopeingängen verwendet. Ein Beispiel wäre das Testen der Signalqualität (Amplituden, Jitter, Augendiagramme) auf USB 3.0-Kanälen (von USB.org):

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Wenn es möglich ist, koaxial zu verwenden, verwenden Sie es grundsätzlich. Koaxialstecker sind zuverlässiger als eine Sonde. Bei einer Sonde müssen Sie sie an einem Teststift einhaken oder manchmal sogar an Ort und Stelle halten. Sie haben ein größeres Risiko, von Ihrem Testpunkt abzurutschen oder eine zwielichtige Verbindung zu bekommen. Mit einer Sonde bekommt man auch Masse von „irgendwo“, aber nicht unbedingt am richtigen Ort. Bei einem Koaxialkabel erhalten Sie Masse vom Stecker, wo es sein sollte. (Dies kann von Bedeutung sein, wenn Laufzeiten relevant werden)

Außerdem sind Testpunkte oft mehr Staub, Schmutz, Oxidation usw. ausgesetzt als geschützte Koax-Steckverbinder. Dies kann der Verbindung einen kleinen Widerstand / Impedanz hinzufügen und zu Messungenauigkeiten führen.

Obwohl das Kabel in einer Sonde und einem Koaxialkabel (meistens) dasselbe ist, ist der Stecker bei einem Koaxialkabel immer noch abgeschirmt, während der Endpunkt bei einer Sonde dies nicht ist und daher mehr HF-Rauschen aufnehmen kann. Wenn Sie einen Koax-Adapter für Ihre Sonde haben und die Sonde in den Koax-Anschluss stecken, dann gilt nur dieser Punkt.

Sie sagen "wenn es möglich ist, koaxial zu verwenden, verwenden Sie es", aber wann ist das möglich? Wenn ich zum Beispiel einen Impulsgenerator verwende, dann ein DUT und dann ein Oszilloskop. In den Eingang des DUT kann ich ein T stecken, um 2 Kabel/Sonden anzuschließen, also eines für den Ausgang des Impulsgenerators und das andere für den Eingang des Oszilloskops. Wann wäre eine Sonde oder ein Koax besser?
@Dylan Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihren Kommentar verstehe ... aber ich würde auf jeden Fall ein T und zwei Koaxialkabel gegenüber einem Koaxialkabel und einer Sonde wählen.
Perfekt, aber warum?
Weil es einen zuverlässigen Steckverbinder von guter Qualität gibt, der einen niedrigen Widerstand/eine geringe Impedanz und eine HF-Abschirmung bietet. Ich würde das über einer Sonde verwenden, deren Spitze im Grunde eine Antenne ist und sich auf die leitenden Eigenschaften des Teststifts stützt, auf den Sie sie kleben
Ohhh perfekt! Wenn Sie also eine Schaltung verwenden (z. B. das DUT, das an einen parallelen Widerstand angeschlossen ist), würden Sie eine Sonde verwenden, da kein zuverlässiger Anschluss von guter Qualität verfügbar ist, oder warum?
Ja. Beachten Sie, dass die andere Antwort auch interessant ist. Wenn Sie sich Sorgen um Resonanz machen, sollten Sie die Verbindung zum Oszilloskop ausgleichen. Dies kann jedoch mit dem Koax erfolgen, mit einem kalibrierten Abgleichwiderstand + Kapazität. In einer Nicht-50-Ohm-Situation wäre das Oszilloskop jedoch sowieso in den Hochimpedanzmodus eingestellt und würde das beobachtete Signal nicht stören
Oszilloskop: Wann Koaxial statt Tastköpfe verwenden?
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