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逻辑分析仪基础知识(十)

2020.9.28
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

探头的结构细分下来也是比较复杂的。探头与被测传输线接触的小互连部分,可以使用PCB走线的方式,也可以使用导线,连接器或弹簧片,要根据实际情况选择。探头的前端包含电阻,有的是分立的SMT电阻,有的是分立电阻,一般阻值都在20k欧姆左右。探头前端到模块有长的电缆,已达到便于连接远近目标的方便性,这些电缆可使用同轴方式或使用双绞线方式,但都要保证足够的带宽。逻辑分析仪模块需要对电缆的阻抗进行匹配,防止传递过来的信号反射回去,还要对信号进行放大,因为传递过来的信号幅度比较小。

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图23 探头的信号完整性考虑

探头的负载效应主要分为两种类型:直流负载和交流负载。
直流负载:探头看起来象一个对地的直流负载,一般是20K欧姆。如果被测总线具有弱上拉或弱下拉特性(即上下拉电阻较大),这个负载可能会导致逻辑错误。直流负载主要由探头尖的电阻决定,这个电阻阻值越大,直流负载越小,阻值越小,直流负载越大。

交流负载:探头包含寄生电容和电感。这些寄生参数会减小探头带宽和导致信号反射。我们需要在被测电路接收端和探头尖处考虑信号完整性。

探头带宽被降低主要来自2个方面:探头电容和探头与目标连接的连线的电容。
探头导致信号反射的原因是4个方面:探头电容和电感;探头在被测总线上的探测位置;总线的拓扑结构;探头和目标间连线的长度。

对于交流负载,我们需要考虑:探测点在传输线的位置,总线的拓扑结构和探头和目标间连线的长度。
探头的负载除了可以用复杂的Spice模型仿真分析外,也可以用简单的RC模型简单预估负载效应。下图是典型探头的RC模型。

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图24  常用探头的RC模型

我们需要仔细考虑探头和目标之间的连线。为了可靠的电气连接,有三种方式可选择:短线探测(Stub Probing),阻尼电阻探测(Damped Resistor Probing),电阻匹配探测(Resistive Divider Probing)。
短线探测会增加电容负载。举例:探头电容负载是0.7pF,连接短线是50欧姆微带线(C=3pF/in),长度1英寸。则整个探头的电容负载是3.7pF,这个短线是电容负载的主要部分。

被测系统可容忍的负载电容是多少呢?需要参考被测电路的系统上升时间,一般规则:短线的电气长度<系统上升时间的20%。一个允许短线长度的计算例子:

PCB传输延迟:150ps/in
系统上升时间:500ps
则最大电气长度:0.2x500ps=100ps
则最大短线长度:(100ps)/(150ps/in)=0.67in。
如果没法减小短线长度,可以试着用阻尼电阻探测的方式。阻尼电阻有2个作用:隔离来自短线的电容,消减来自短线的反射。


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