如今的高端测试装置的功能已经达到令人惊叹的水平。比如力科(LeCroy)公司最新推出的实时带宽高达60GHz的LabMaster 10Zi系列示波器和安捷伦(Agilent)公司带宽高达32GHz的Infiniium 90000X系列。这些仪器可以为测试台提供大量测量功能。它们可以展示上升和下降时间像闪电一样快的信号的每一个细节。
但是如果没有同样强大的探测系统的话，这些示波器的强大功能就无法体现了。测试工程师需要的最后一个工具就是探头，它会影响测试工程师的测量，否则就无法提供示波器提供给测试工程师的全部带宽。
幸运的是，如今的高端探头的设计规避了这些问题。不仅探头可以运行这些测试装置的功能，软件还可以增加功能和其他配件。
不断增加的探测带宽
这里以安捷伦公司的Infiniium 90000X系列示波器为例，InfiniiMax III(N2800A-N2803A)是该公司第三代InfiniiMax高性能探测系统(图1)。安捷伦公司提供四个带宽在16至30GHz之间的探头放大器型号。各种探头支持使用浏览器、零插力(ZIF)探头前端、2.92mm或3.5mm表面组装(SMA)电缆或焊入式探头前端进行的连接。
是什么在推动探头放大器带宽的不断增加呢？从事新兴有线通信标准和高速串行数据链路(比如USB、SAS或PCI Express)相关工作的工程师使用Infiniium 90000X系列等示波器捕获快速的单次事件，进行抖动等关键测量，同时确保符合行业标准，以保证互操作性。随着数据速率在接下来的几年里扩展到10Gbps以上，探头带宽将成为进行此类高带宽测量的关键因素。
安捷伦公司采用专有的磷化铟(InP)工艺和最先进的薄膜封装技术，在严格的几何限制下实现这些探头的性能。InfiniiMax III浏览器采用“十字形”刀片接地系统以实现较低电感的接地，采用多晶形铁粉绕线同轴探头前端减少驻波，并采用极低寄生电感的可更换电阻探头前端实现30GHz的性能。
高压要求
电动汽车和混合动力汽车、工业应用、照明、太阳能和计算机服务器等各种应用中的功率测量要求正变得越来越具有挑战性。这些新兴电源技术要求探头能够同时满足高压和低压的测量要求。使用给定示波器供电的探头一般不适用于同等的高压器件。
为此，泰克(Tektronix)公司最近推出了四款高压探头，并对三款现有的探头产品进行了大幅升级，以在带宽、动态范围和输入阻抗特性方面满足市场要求。泰克的THDP、TMDP和P52XXA系列高压探头可以满足这三个主要领域的要求。
一方面，如今的电源设计正在采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)等更快的开关器件。THDP0200和TMDP0200等更高带宽的探头可以捕获到转换速率很快的信号，从而使设计工程师能够轻松地精确测量这些新型设计。
另一方面，这些探头可以解决传统探头在动态范围方面的不足，使设计工程师能够使用同样的探头测量高压信号及其引起的噪声和纹波分量。THDP0100具有该系列最大的动态范围以及±6000V的差分电压和共模规格。
最后，当探头连接至电路时，它们可能会潜在地改变电路的行为和屏蔽问题。泰克的高压探头通过提供高压探头能够提供的最高电阻性和最低电容性负载，从而最大限度地缓解了这个问题。例如，升级后的P5210A和新型THDP0100都可以提供40MΩ的电阻和不到2.5pF的电容性负载。
TMDP和THDP通过大多数泰克中档示波器采用的泰克多功能探头接口(VPI)架构连接至泰克示波器。VPI架构可实现示波器与探头之间的双向智能通信。为了最大限度地提高高压应用中用户的安全性，这些探头均符合EN61010-031要求。
有源探头的特性
工程师应通过各种无源和有源探头，从而充分利用示波器。确定哪一种探头最适合用于给定的应用并不容易。不过安捷伦在其N2795A/N2796A系列中提供了新一代1至2GHz单端有源探头
N2795A/96A采用AutoProbe接口(与安捷伦的InfiniVision和Infiniium示波器兼容)供电。这些探头整合了通用高速探测(特别是数字系统设计、元器件设计/特性分析和教育研究应用)所需的诸多特性。
这些探头的一个重要特性是其1MΩ的输入电阻和1pF的极低输入电容，可支持待测器件(DUT)的超低负载。再加上极高的信号保真度，使得这些探头适合用于如今的大多数数字逻辑电压。这些探头还具有宽动态范围(±8 V)和偏移范围(N2796A为±12V，N2796A为±8V)。
根据环境进行改变
示波器厂商一般倾向于用户用自己的探头与他们的示波器配合使用，但是这并不总是能够实现，甚至是不可取的。为此，测试装置供应商一般提供适配器，这样你就可以将一个探头与另一个示波器配合使用。
软件
仪器厂商一直致力于开发特定于应用的软件包的工作，以改善给定仪器专门用于特定细分市场的局面。力科公司最近发布的针对汽车市场的三个这样的软件包就是其中一个例子。
博通(Broadcom)公司以及MOST公司的合作伙伴等汽车和芯片厂商现已成为力科公司的两个QualiPHY (QPHY)自动化一致性测试软件包的推动力。开发人员可以利用这些软件包为娱乐和信息娱乐应用实现更低的成本、更低的功率、更高的通用性和鲁棒的系统。此外，力科公司的汽车总线分析仪(VBA)测试解决方案通过扩展后已可在WaveRunner 6 Zi、WavePro 7 Zi和WaveMaster 8 Zi示波器平台上工作。
QPHY软件包可提供自动化测试脚本，该测试脚本可实现MOST 50 ePHY和150 oPHY信号的快速可靠测试。MOST(媒体定向系统传输)是一个在汽车市场中广泛使用的多媒体和信息娱乐网络标准。随着客户对连接至视频显示屏和汽车娱乐系统的设备的需求的快速增长，这些标准应运而生。
过去五年来，这种需求一直在极大地增长，这给汽车设计工程师带来了更多的测试挑战，他们需要确保同一网络中的所有器件(视频显示屏；GPS导航；音频、DVD、CD和卫星无线电；蓝牙连接以及麦克风系统)具有很好的互操作性，不会产生任何干扰。
博通最近发布的BroadR-Reach技术针对通过无屏蔽单双绞线布线的100Mbps以太网连接。BroadR-Reach技术已针对多种汽车应用进行优化，该技术支持外部设备的各种连接方案。力科公司用于BroadR-Reach技术的物理层(PHY)测试方案包括自动化QualiPHY一致性测试软件包QPHY-BroadR-Reach以及所需的测试夹具和电缆。
此外，无处不在的CAN、LIN和FlexRay汽车系统协议已经充当了现有的每一辆汽车中的关键角色。力科公司的VBA测试包在一个方案中整合了CAN、LIN和FlexRay触发器、解码和分析方案，并增加了用于FlexRay的PHY测试。
VBA解决方案具有通过汽车.dbc数据库文件将CAN协议信号解码成符号(应用层)文本的独特功能，使得用户能够查看所有的CAN协议栈信息，并且能够查看影响CAN总线的额外电路内电子信号。
VBA方案可从串行协议信息流中提取数据并在示波器显示屏上绘制出该数据的图表，这个额外的功能使其成为所有汽车设计工程师的必备方案。这个全面的功能组现已在WaveRunner 6 Zi、WavePro 7 Zi和WaveMaster 8 Zi示波器平台上提供。
自动探头校准
尽管电缆和探头的损耗是固有的，但是仪器厂商一直在不遗余力地将其探测系统中的通道损耗降到最小。根据不同的配置，损耗可能相当大。有些时候损耗足以引起测量变化，从而导致获得不一致的测量结果。此外，不同探头的频率响应和相位特性也不尽相同，因此必须对每个探头和电缆进行特性分析和考量，以确保最真实地再现信号。
为确保用户充分利用他们的示波器和探头，安捷伦公司为其Infiniium 90000 X-Series和90000A系列示波器提供了PrecisionProbe软件。该软件可与Infiniium示波器中的内置硬件配合工作，这使得工程师能够在不使用任何外部装置的情况下自动对示波器输入的任何通道的响应进行特性分析和校正。PrecisionProbe软件提供的分析可以提高测量裕量，这样工程师即可实现最精确的测量。
安捷伦的N2809A PrecisionProbe软件不仅可以快速校正电缆和通道插入损耗，还可以校正相位线性和幅度平坦度等探测问题。该软件可匹配电路上的每一个电缆或探头的频率响应和相位。它还可以在不增加其他装置的情况下对开关等通道的损耗进行特性分析和补偿。
安捷伦公司称，PrecisionProbe是实时示波器的第一个软件，该软件可以为探头提供全面的交流校准(而不仅仅是直流校准和偏斜校正)。
